методички / 4026 ЭИ
.pdf4026 |
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»
ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
Методические указания к выполнению контрольной работы № 1 для обучающихся по специальности 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» (специалитет)
заочной формы обучения
Составители: Ф.Р. Ахмадуллин Е.М. Тарасов В.Ю. Новиков
Самара
2016
1
УДК 621.38
Основы технической диагностики : методические указания к выполнению контрольной работы № 1 для обучающихся по специальности 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» (специалитет) заочной формы обучения / составители : Ф.Р. Ахмадуллин, Е.М. Тарасов, В.Ю. Новиков. – Самара : СамГУПС, 2016. – 16 с.
Контрольная работа включает в себя четыре задачи. Методические указания к каждой из них состоят из исходных данных, заданий на выполнение и ссылки на литературу.
Утверждено на заседании кафедры 15.03.2016 г., протокол № 7. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.
Составитель: Ахмадуллин Фанис Ринатович Тарасов Евгений Михайлович Новиков Виктор Юльевич
Рецензенты: к.т.н., доцент, заведующий кафедрой «ЭСЖТ» СамГУПС Е.В. Добрынин;
д.т.н., проф., заведующий кафедрой «Электротехника» СамГУПС А.Е. Дубинин
Под редакцией составителей
Подписано в печать 30.05.2016. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Заказ 92.
© Самарский государственный университет путей сообщения, 2016
2
Введение
Эксплуатация различных видов транспорта в отраслях народного хозяйства (железнодорожного, автомобильного, водного и т.д.) сопровождается высокими затратами на поддержание их работоспособного состояния в течение всего срока эксплуатации. Сохранение работоспособности транспорта обеспечивается выполнением плановопредупредительных работ по техническому обслуживанию (ТО) и ремонту, а также внеплановых ремонтов, проводимых для устранения возникающих в межпрофилактические периоды отказов и неисправностей.
Для повышения эффективности использования транспорта разработаны методы и средства диагностирования, которые применяют как при проведении технического обслуживания и ремонтов, так и в качестве самостоятельного технологического процесса. Диагностирование позволяет повысить коэффициент готовности и вероятность безотказной работы транспорта, снизить трудоемкость и стоимость эксплуатации, повысить ремонтопригодность и контролепригодность объектов транспорта.
Впроцессе диагностирования производится получение информации о техническом состоянии транспортного средства. Однако получение диагностической информации само по себе не может решить вопроса оптимизации управления техническим состоянием транспортного средства. Наиболее целесообразным является использование диагностической информации:
• при прогнозировании технического состояния транспортного средства на какойто период с целью подготовки производства к проведению плановых технических обслуживаний и совмещения с ними некоторых, теперь уже известных, текущих ремонтов;
• при определении потребности в регулировочных работах при выполнении регламентных работ на постах обслуживания;
• при определении режимов работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту с целью их типизации и тем самых качественной подготовки производства;
• при комплексном контроле технического состояния после выполнения работ технического обслуживания и текущего ремонта.
Всвязи с этим техническая диагностика как подсистема управления техническим состоянием транспортного средства должна присутствовать на всех этапах эксплуатации
иподготовки к эксплуатации.
Настоящая контрольная работа предусматривает изучение способов и методов диагностирования и измерения параметров объектов железнодорожного транспорта и средств автоматики и телемеханики. Это относится к диагностированию подвижных объектов и средств измерения в рельсовых цепях.
В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики измерения тесно связаны с обслуживанием и контролем состояния элементов и систем в целом. Поэтому в курсе измерений и диагностирования изучаются некоторые вопросы технического обслуживания устройств эксплуатационных систем.
Выполнение контрольной работы предполагает знакомство обучающихся с основами технической диагностики и методами измерений, а также изучение основных
3
функциональных зависимостей в устройствах автоматики и телемеханики.
В ссылке на литературу указан материал, где в достаточной мере изложен соответствующий вопрос. Изучение методических указаний и указанных разделов литературы позволит обучающемуся сократить время на усвоение теоретического материала и решение приведенных ниже задач.
Целью дисциплины «Основы технической диагностики» является:
–подготовка специалиста, умеющего грамотно проводить диагностику технического состояния устройств и систем автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта с применением современных математических методов и технических средств, а также создание основы для теоретической и практической подготовки по вопросам диагностики;
–формирование у студентов научного мышления, выработка приемов и навыков решения конкретных инженерных задач в области диагностики.
Дисциплина «Основы технической диагностики» относится к циклу ООП С3.Б.8. Курс рассчитан на обучающихся, которые должны иметь базовую подготовку по
дисциплинам «Механика», «Электрические машины», «Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей».
Врезультате освоения дисциплины «Основы технической диагностики» обучающийся специальности 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» должен:
Знать:
–классификацию, структуру и назначение различных систем технической диагностики (СТД) и их место в управлении технологическими процессами на производстве и железнодорожном транспорте;
–эксплуатационные и технические требования, предъявляемые к СТД;
–основные системотехнические принципы построения СТД;
–основные принципы обеспечения безопасности движения поездов и взаимодействия СТД с устройствами железнодорожной автоматики и телемеханики;
–методы расчёта основных технических параметров, электрических схем, а также расчёта отдельных элементов;
–методы построения алгоритмического обеспечения СТД;
–основы организации метрологического надзора за состоянием средств измерений.
Уметь:
–сформулировать цели и задачи технического диагностирования оборудования;
–принимать решение о выборе структуры построения СТД;
–использовать полученные знания при проектировании и эксплуатации СТД.
–прогнозировать технический ресурс устройств по результатам диагностирования; разработать стратегию эксплуатации, обслуживания и ремонта устройств по состоянию;
–рационально и правильно использовать средства и методы измерений в практической работе;
–выбирать оптимальный метод измерения и соответствующие средства измерений
сцелью получения достоверных результатов диагностики;
4
–определять необходимые параметры электронных компонентов СТД и элементов вычислительной техники;
–производить программно-математическое моделирование как отдельных элементов, таки и СТД в целом.
Владеть:
–навыками проведения обработки и оценки результатов;
–навыками расчёта количества и набора контролируемых параметров в станционных и напольных устройствах автоматики и телемеханики;
–навыками расчётов показателей надёжности, точности и достоверности функционирования элементов СТД;
–навыками построения алгоритмов диагноза и проводить процедуры поиска неисправностей в устройствах;
–навыками осуществления метрологического контроля правильности функционирования и характеристик средств измерений и диагностирования;
–навыками анализа работы устройств, поиска и устранения отказов, применения измерительных приборов и датчиков.
Профессиональные компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Основы технической диагностики»:
–ПК-15: умение использовать нормативные документы по качеству, стандартизации, сертификации и правилам технической эксплуатации, технического обслуживания, ремонта и производства систем обеспечения движения поездов; использовать технические средства для диагностики технического состояния систем; использовать элементы экономического анализа в практической деятельности;
–ПК-18: умение разрабатывать и использовать методы расчета надежности техники в профессиональной деятельности; обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов производства, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта систем обеспечения движения поездов; осуществлять экспертизу технической документации;
–ПК-27: способность анализировать поставленные исследовательские задачи в областях проектирования и ремонта систем обеспечения движения поездов.
5
Общие сведения
Под технической диагностикой понимается область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта. Техническое состояние характеризуется в определенный момент времени при заданных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.
Процесс определения технического состояния объекта называется диагностированием. Результат диагностирования, т.е. заключение о техническом состоянии объекта, называется диагнозом.
Технический объект (система, машина, прибор, узел и т.п.), для которого решается задача распознавания состояния, называется объектом диагностирования (ОД).
В качестве ОД могут выступать любые технические системы, которые удовлетворяют двум условиям: могут находиться, по крайней мере, в двух взаимоисключающих и различимых состояниях (например, работоспособном и неработоспособном); в них можно выделить элементы, каждый из которых также характеризуется указанными различимыми состояниями.
Кроме того, в технической диагностике используются следующие определения и понятия, которые необходимо знать будущим инженерам:
1.Достоверность диагностирования – вероятность того, что при диагностировании определяется то техническое состояние, в котором действительно находится объект диагностирования.
2.Прогнозирование технического состояния – предсказание изменения параметра технического состояния объекта диагностирования в будущем.
3.Наработка – продолжительность функционирования объекта или объем выполненной им работы за некоторый промежуток времени.
4.Наработка на отказ – среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами.
5.Остаточный ресурс – наработка объекта диагностирования до предельного изменения его параметра технического состояния, начиная от момента диагностирования.
6.Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Количественно надежность оценивается показателями безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости т.п..
7.Работоспособность – состояние изделия, при котором в данный момент времени его основные (рабочие) параметры находятся в пределах, установленных требованиями технической документации.
8.Безотказность – свойства объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.
9.Долговечность – свойства объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Долговечность обусловлена наступлением таких событий, как повреждение или отказ.
6
10.Повреждение – событие, заключающееся в нарушении ис-правности изделия.
11.Отказ – событие, в результате которого происходит полная или частичная утрата работоспособности изделия.
12.Восстановление – процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) изделия с целью восстановления его работоспособности (устранение неисправности). Основным способом восстановления работоспособности является ремонт.
13.Ремонт – комплекс операций по восстановлению работоспособности и восстановлению ресурсов системы или ее составных частей.
14.Техническое обслуживание – это комплекс работ (операций) для поддержания системы в исправном или работоспособном состоянии.
15.Контролепригодность – свойство изделия, характеризующее его приспособленность к проведению контроля заданными средствами.
16.Ремонтопригодность – свойства объекта, заключающееся в приспособленности
кпредупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
17.Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.
18.Работоспособное состояние – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя при этом допустимые значения всех основных параметров, установленных нормативно-технической документацией (НТД) и (или) про- ектно-конструкторской документацией.
19.Неработоспособное состояние – состояние изделия, при котором оно не способно нормально выполнять хотя бы одну из заданных функций.
20.Исправное состояние – состояние, при котором изделие соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документации.
21.Неисправное состояние – состояние, при котором изделие не удовлетворяет хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документации.
Неисправное изделие может быть работоспособным. Например, снижение плотности электролита в аккумуляторных батареях, повреждение облицовки автомобиля означают неисправное состояние, но такой автомобиль работоспособен. Неработоспособное изделие является одновременно и неисправным.
22.Ресурс – суммарная наработка изделия от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
23.Предельное состояние – состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация (применение) недопустима по требованиям безопасности или нецелесообразна по экономическим причинам. Предельное состояние наступает в результате исчерпания ресурса или в аварийной ситуации.
24.Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделий или ее возобновления после ремонта от начала его применения до наступления предельного состояния.
7
1.Содержание пояснительной записки
1.1.Титульный лист установленного образца
1.2.Содержание
1.3.Введение
1.4.Задание с исходными данными
1.5.Основная (расчетная) часть (задачи № 1–4)
1.6.Заключение
1.7.Список использованной литературы
2.Требования к оформлению пояснительной записки
По дисциплине «Основы технической диагностики» обучающиеся должны выполнить контрольную работу. Вариант работыопределяется по двум последним цифрам учебного шифра обучающегося.
При выполнении контрольной работы должны соблюдаться следующие условия и нормы:
2.1.Оформление контрольной работы необходимо начинать титульного листа с указанием наименования дисциплины, варианта работы, специальности, ФИО обучающегося, учебного шифра, курса.
2.2.Пояснительная записка выполняется на писчей бумаге формата А4 на одной стороне листа с полями: справа – 3 см, слева – 1,5 см, сверху и снизу – 2 см, шрифт – 14 кегль «Times New Roman», выравнивание основного текста – по ширине, междустрочный интервал – 1,5, отступа первой строки – 1,25 см. Пояснительную записку разделяют на разделы и подразделы. Страницы должны быть пронумерованы в верхнем правом углу.
2.3.Расчетная часть должна отражать все пункты задания с полной записи их условий и требований. Все результаты и действия должны быть обоснованы краткими словесными пояснениями. Использование расчетных формул для определения различных величин должно сопровождаться ссылкой на источник. Для правильного обозначения размерности величин необходимо использовать их типовые написания в соответствии с требованиями действующего ГОСТ и ЕСКД.
2.4.Рисунки и схемы, относящиеся к расчетной части, следует располагать по ходу изложения, либо на листах с текстом, либо на отдельных листах. Схемы и графики, вынесенные на отдельные листы, должны содержать угловые штампы и должны быть помещены в приложение. Схемы и чертежи выполняются карандашом с применением чертежных инструментов и должны иметь нумерацию и подрисуночные надписи (например,
Рис. 3.Схемы включения ваттметра и счетчика электрической энергии). Подрисуноч-
ные надписи шрифтом – 12 кегль «Times New Roman» располагают под рисунком по середине страницы, как и сам рисунок. Названия таблиц располагают справа шрифтом – 12 кегль «Times New Roman», можно курсивом. Ссылки на рисунки и схемы в пояснительном тексте решения задачи являются обязательными.
8
2.5.Электрические схемы должны быть выполнены согласно требованиям ГОСТ ЕСКД: ГОСТ 2.701-2008; ГОСТ 2.702-2011; ГОСТ 2.708-81; ГОСТ 2.709-89; ГОСТ 2.710-81.
Условные графические обозначения в электрических схемах выполняются по ГОСТ
2.721-74, ГОСТ 2.722-68, ГОСТ 2.723-68, ГОСТ 2.728-74, ГОСТ 2.729-68, ГОСТ 2.730-73, ГОСТ 2.737-68, ГОСТ 2.755-87, ГОСТ 2.759-82, СТ СЭВ 160-75 [6–21].
2.6.В конце работы необходимо привести список использованной литературы, дату окончания работы и личную подпись.
2.7.Работы, оформленные небрежно, без соблюдения требований и ГОСТов, возвращаются для переработки без проверки.
3.Задание и методические указания к решению задач
3.1. Задача 1
Описать измерения рельсовых цепей постоянного тока предложенным ниже методом. Дать сравнение этого метода с другими известными методами. Вывести необходимые расчетные формулы.
Определить первичные параметры рельсовой цепи постоянного тока по исходным данным, приведенным в табл. 1, 2, 3.
Вариант задачи определяется по сумме двух последних цифр шифра студента.
Номер варианта
1
2
3
4
5
6
Таблица 1
|
|
Метод холостого хода и короткого замыкания |
|
|
|
|||||
Длина |
|
Напряжение |
|
Ток |
|
Напряжение |
|
Ток при коротком |
||
|
|
|
|
|||||||
рельсовой |
|
при холостом |
|
при холостом |
|
при коротком |
|
|||
|
|
|
|
замыкании |
Iкз , А |
|||||
цепи l , км |
|
ходе Uxx , В |
|
ходе Ixx , А |
|
замыкании U |
кз , В |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
1,6 |
|
0,91 |
|
0,46 |
|
0,22 |
|
|
0,98 |
|
1,2 |
|
1,12 |
|
0,55 |
|
0,145 |
|
|
1,02 |
|
1,4 |
|
1,15 |
|
0,64 |
|
0,167 |
|
|
1,1 |
|
1,0 |
|
1,1 |
|
0,5 |
|
0,20 |
|
|
1,0 |
|
1,1 |
|
1,0 |
|
0,6 |
|
0,16 |
|
|
1,03 |
|
1,3 |
|
1,15 |
|
0,58 |
|
0,17 |
|
|
0,95 |
|
Номер варианта
7
8
9
10
11
12
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
Метод, не требующий отключения путевого реле |
|
|||
|
Напряжение |
|
Напряжение |
|
|
Длина |
Ток на питающем |
Ток на релейном |
|||
на питающем |
на релейном |
||||
рельсовой |
конце рельсовой |
конце рельсовой |
|||
конце рельсовой |
конце рельсовой |
||||
цепи l , км |
цепи Uн , В |
цепи Iн , А |
цепи Uк , В |
цепи Iк , А |
|
|
|
|
|||
1,3 |
1,2 |
1,0 |
0,5 |
0,5 |
|
1,2 |
1,1 |
1,1 |
0,9 |
0,55 |
|
1,1 |
1,4 |
1,2 |
0,87 |
0,68 |
|
1,6 |
1,8 |
1,3 |
0,95 |
0,6 |
|
1,8 |
1,9 |
1,6 |
1,12 |
0,62 |
|
1,5 |
1,5 |
1,4 |
1,1 |
0,58 |
|
|
|
9 |
|
|
Номер варианта
13
14
15
16
17
18
Метод двух коротких замыканий
|
Напряжение |
|
Напряжение |
Длина |
при коротком за- |
Ток при коротком |
при коротком |
рельсовой |
мыкании |
замыкании на |
замыкании |
цепи l , км |
на расстоянии l |
расстоянии l Il , А |
на расстоянии 2l |
|
Ul , В |
|
U2l , В |
1,8 |
0,195 |
0,82 |
0,32 |
1,9 |
0,20 |
0,85 |
0,34 |
2,0 |
0,21 |
0,9 |
0,35 |
2,1 |
0,21 |
0,95 |
0,30 |
2,2 |
0,22 |
1,0 |
0,39 |
2,3 |
0,24 |
0,98 |
0,28 |
Таблица 3
Ток при коротком замыкании
на расстоянии 2l
I2l , А
0,77
0,78
0,79
0,80
0,82
0,90
Методические указания к решению задачи. Метод измерения рельсовой цепи по-
стоянного тока выбрать, руководствуясь табл. 1, 2, 3 в соответствии со своим вариантом. При описании метода и указаний области применения необходимо вычертить рельсовую линию и показать подключение приборов. Целесообразность метода холостого хода и короткого замыкания, а также метода двух коротких замыканий следует объяснить, исходя из величины затухания рельсовой линии γl , а также из соотношения входных сопротивлений в режиме холостого хода и короткого замыкания. При описании целесообразности метода, не требующего отключения путевого реле, учесть возможность
его применения при интенсивном движении поездов [1, с. 108].
При выводе необходимых расчетных формул надо исходить из известных уравнений электрических линий, на основе которых зависимость между токами и напряжения-
ми в начале и в конце рельсовой линии может быть представлена в следующем виде: |
|
|||||||
н |
к γ |
к |
в |
γ |
,γ , |
(1) |
||
(2) |
||||||||
|
|
|||||||
н |
|
γ |
к |
|
|
|
где Uн, Iн – напряжение и ток в начале рельсовой линии; Iк – ток в конце рельсовой линии;
Rв – волновое сопротивление рельсовой линии; γ– коэффициент распространения волны;
l – длина рельсовой линии.
Для метода холостого хода и короткого замыкания следует учесть, что в режиме холостого хода
Iк = 0; Uн = Uхх; Iн = Iхх .
При коротком замыкании на релейном конце
Uк = 0; Uн = Uкз; Iн = Iкз .
Используя эти соотношения, необходимо получить расчетные формулы для определения вторичных параметров через входные сопротивления рельсовой линии, вычис-
10