Ремонтопригодность – один из инструментов управления жизненным циклом ж.д. подвижного состава

В журнале «Техника железных дорог» №1(69), февраль 2025 вышла статья «Ремонтопригодность – один из инструментов управления жизненным циклом железнодорожного подвижного состава» к.т.н., президента ОПЖТ Валентина Гапановича, к.т.н., директора ПКБ ЦТ ОАО «РЖД» Юрия Попова, главного конструктора по инженерным расчетам и математическому моделированию ООО «ТМХ-Инжиниринг» Александра Тотиева.

Разработка тягового подвижного состава сопровождается поиском решений, направленных на повышение эффективности в эксплуатации в том числе и за счет утверждения согласованных с заказчиком нормируемых показателей надежности, одним из которых является ремонтопригодность.

В настоящей статье приведены только отдельные показатели ремонтопригодности. Для практического применения могут быть разработаны показатели, характеризующие затраты средств на всю совокупность работ, предусмотренных системой обслуживания и ремонта, такие как:

• –  суммарные затраты средств на поддержание и восстановление работоспособности и ресурса локомотива за назначенный срок службы; 
• –  суммарные затраты на техническое обслуживание в период эксплуатации; 
• –  суммарные затраты на ремонт всех видов за период эксплуатации. 

Все виды материальных, трудовых затрат, а также временных на поддержание и восстановление работоспособности локомотивов в процессе жизненного цикла за назначенный срок службы с учетом факторов и условий эксплуатации на сети железных дорог в несколько раз превышают затраты на приобретение локомотива. Размеры и эффективность эксплуатационных расходов в значительной степени зависят от принятой системы технического обслуживания и ремонта, предусмотренной в конструкторской документации. Производственно-организационная структура системы технического обслуживания и ремонта представлена на рисунке 1. 

Конструкция локомотива оказывает существенное влияние на показатели надежности, предусмотренные при формировании технических требований и технического задания при разработке новых видов тягового подвижного состава, включая его приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту. Свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонта, называется ремонтопригодностью (ГОСТ-Р 27.102-2021).

Качественно ремонтопригодность оценивается материалоемкостью и трудоемкостью восстановления работоспособности объекта. Это определяется объемом трудозатрат и средств на предупреждение и устранение неисправностей и отказов в процессе эксплуатации при проведении технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава, в том числе с учетом квалификации обслуживающего персонала, уровня технической оснащенности и системы организации производственных процессов сервисных локомотивных депо и локомотиворемонтных заводов.

На ремонтопригодность влияют следующие факторы: 

• –  конструктивные; 
• –  эксплуатационные; 
• –  производственно-технические; 
• –  организационно-производственные. 

Исходя из этого, при разработке локомотивов конструкторам необходимо учитывать общую компоновку с учетом доступности к узлам и механизмам для контроля их состояния, обслуживания и ремонта при максимальном снижении трудозатрат и времени по выполнению технологических операций. 

При этом система технического обслуживания и ремонта, а также нормы расхода материально-технических ресурсов должны быть определены разработчиком на основе результатов ресурсных испытаний и/или математического моделирования с учетом контроля выполнения в полном объеме технологии ремонта; фактического состояния и установленного на локомотивы оборудования с обязательной синхронизацией межремонтных периодов для оборудования и локомотива в целом.

Необходимо обеспечить простоту разборки и монтажа механизмов и агрегатов, в первую очередь обслуживаемых при ТО всех видов и текущих ремонтах ТР1, ТР2 или им эквивалентных, с широким применением агрегатирования и блочного исполнения отдельных узлов, не требующих высокой квалификации обслуживающего персонала при их замене. Также необходимо применение систем диагностики и мониторинга, в том числе и в целях выявления предотказного состояния.

Повышение эффективности и экономичности эксплуатации тягового подвижного состава при техническом обслуживании и ремонте способствует внедрению контролируемости и диагностирования его составных частей.

Техническое диагностирование включает в себя: 

– проверку функционирования в целях способности исполнять назначенные функции; 

– мониторинг технического состояния, в том числе и в целях отслеживания процесса деградации технического состояния в процессе эксплуатации, включая выявление скрытых отказов.

Широкое применение технического диагностирования позволит постепенно обеспечить переход на ремонт локомотивов по техническому состоянию. 

Это далеко не полный перечень факторов, которые должны учитываться при разработке локомотивов.

Важное значение при этом имеет технологичность конструкции подвижного состава, обеспечивающая контролепригодность, доступность, взаимозаменяемость, монтажепригодность, унификацию и стандартизацию при проведении технического обслуживания и ремонта.

В целом для отраслей промышленности в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 21623-76 используются 64 показателя.

В настоящей статье рассматриваются пять показателей технологичности объекта при техническом обслуживании и ремонте. Необходимо отметить, что при расчете показателей ремонтопригодности может быть использована информация, полученная в заданных условиях непосредственно из сервисных локомотивных депо с учетом организации, технологии, материально-технического обеспечения, квалификации обслуживающего персонала, условий окружающей среды при соблюдении требований эксплуатационной документации.

Заданные условия выполнения технического обслуживания и ремонта должны быть регламентированы в соответствующих нормативно-технических документах. 

Применительно для эксплуатируемого тягового подвижного состава, в том числе и подконтрольной эксплуатации опытной партии, при расчете показателей могут быть использованы следующие данные: 

• –  результаты испытаний на ремонтопригодность или надежность; 
• –  результаты проведения технических обслуживаний и ремонтов в процессе эксплуатации;
• –  результаты проведения ремонтов на ремонтных предприятиях. 

Ремонтопригодность конструкции тягового подвижного состава, как и другие показатели, является функцией факторов конструктивного, производственно-технического и эксплуатационного характера. Состав каждой из этих групп факторов, их влияние на значение характеристик ремонтопригодности определяется конструктивными особенностями локомотивов, условиями эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Проектирование и производство подвижного состава являются важнейшими этапами обеспечения заданных заказчиком в технических требованиях свойств, в том числе приспособленности их конструкции к выполнению технического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации – то есть к ремонтопригодности.

Требования к ремонтопригодности можно разделить на две группы – общие и частные.

В общие требования входят: 

• –  условия эксплуатации и ремонта; 
• –  состав и количественные значения показателей; 
• –  требования к ремонтной и эксплуатационной документации; 
• –  методы оценки качественных характеристик и показателей ремонтопригодности.

В частные требования целесообразно включить следующее: 

1. Требования к стандартизации и унификации.

Конструкция локомотива должна обеспечивать минимальное использование специального инструмента и приспособлений при техническом обслуживании и ремонте.

Также конструкция машины (узла) должна предусматривать ограниченное использование смазочных материалов, требующих систематического контроля и пополнения. В качестве примера можно привести буксовые подшипники кассетного типа.

Конструкция локомотива одной серии в первую очередь должна предусматривать минимальное использование при техническом обслуживании и ремонте запасных частей и материалов. Также должно быть минимизировано общее количество крепежных деталей и их типоразмеров.

При разработке новых типов подвижного состава крайне важно применение блочно-модульного принципа разработки продукции, что позволяет значительно снизить временные и трудовые затраты при замене тех или иных агрегатов и узлов в процессе ремонта на ранее отремонтированные (восстановленные), в том числе и при более низкой квалификации обслуживающего персонала в сервисных локомотивных депо.

• Требования к контролепригодности. 

В первую очередь особенно легкодоступными для контроля технического состояния должны быть сборочные единицы деталей и узлы, ресурс которых меньше ресурса локомотива в целом, а также быстроизнашиваемые элементы конструкции и узлы, непосредственно обеспечивающие безопасность движения в процессе эксплуатации.

Крайне важное направление для обеспечения контролепригодности – встроенные системы диагностики, в том числе и обеспечивающие в режиме удаленного доступа мониторинг отдельных параметров работы.

• Требования к доступности деталей и сборочных единиц.

При разработке новых видов подвижного состава должны учитываться необходимость проведения работ по техническому обслуживанию и легкие виды ремонта минимальной продолжительности и трудоемкости. Требования к доступности должны исключать необходимость работы персонала по техническому обслуживанию и ремонту в неудобных позах. Не допускается применение резьбовых соединений в труднодоступных местах.

• Требования к легкосъемности деталей и соборных единиц. 

Системы крепления деталей и агрегатов, в том числе конструкция разъемов, должны обеспечивать легкосъемность деталей и сборочных единиц, в первую очередь требующих периодической замены. Размещение стопорящих деталей не должно вызывать затруднений при разборке-сборке узлов. 

У деталей и сборочных единиц, имеющих большой вес, должны быть предусмотрены элементы их захвата (болты, ушки и т.д.) подъемно-транспортными устройствами.

• Требования к взаимозаменяемости однотипных деталей и сборочных единиц.

Детали и сборочные единицы, выполняющие одинаковые функции и несущие близкие по величине нагрузки, должны быть взаимозаменяемы по геометрическим размерам, характеристикам посадочных мест, рабочим параметрам. 

Как правило, на локомотиве применяются различные конструктивные элементы, имеющие разные межремонтные ресурсы и сроки службы, и многократно заменяемые в процессе эксплуатации, при техническом обслуживании и ремонте. Исходя из этого, должна быть обеспечена в том числе легкосъемность и доступность конструкции стыков или разъемов; конструкции технологической оснастки, применяемой при ремонте, должны быть минимизированы в части трудозатрат. 

• Требования к приспособленности составных частей для выполнения регулировочно-доводочных работ.

На стадии проектирования в конструкции нового подвижного состава, наряду с обеспечением контролепригодности и доступности для составных частей изделия при проведении технического обслуживания и ремонта, необходимо предусмотреть возможность выполнения операций (регулировочно-доводочных работ) по доведению параметров устройств до значений, соответствующих требованиям ТУ с заданной степенью точности без разборки и демонтажа узлов и деталей.

При этом необходимо учитывать, что автоматизация регулировочно-доводочных работ обеспечивает снижение трудоемкости, стоимости технического обслуживания и ремонта при подготовке подвижного состава к эксплуатации, исключает влияние человеческого фактора на риск возникновения отказа из-за ошибки персонала при проведении регулировочно-доводочных работ (ошибки при проведении работ, низкая квалификация персонала и т.д.), исключает влияние технологического оборудования, используемого персоналом для проведения ремонтных работ.

В качестве примера можно привести применение на подвижном составе тормозных блоков колодочных тормозов, имеющих функцию автоматической коррекции зазора между колодкой и колесом за счет встроенного автоматического регулятора. Конструкция блока исключает проведение регулировочных работ в ручном режиме при замене тормозных колодок относительно предыдущих конструкций без авторегулятора.

• Требования к конструкции изнашиваемых деталей.

Базовые конструктивные элементы локомотива (рама тележки, рама кузова) не должны иметь изнашиваемых участков. При невозможности выполнения этого условия необходимо использовать сменные части (накладки, втулки и т.п.) с указанием в технической документации ремонтных и браковочных размеров по условиям их смены.

Ресурс изнашиваемых деталей, как правило, должен быть равен заданному межремонтному периоду сборочной детали или большему и кратному ему. Ресурс быстроизнашиваемых деталей (накладки полозов токоприемников, тормозных колодок и т.п.) должен обеспечивать пробег локомотива до соответствующего вида ремонта или технического обслуживания. 

Методы расчета показателей ремонтопригодности по статистическим данным 

Коэффициент взаимозаменяемости – отношение оперативной трудоемкости замены сборочных единиц или деталей объекта без учета трудоемкости пригоночных, регулировочных и селективных работ к оперативной трудоемкости с учетом этих работ.

, где S_ДМ – оперативная трудоемкость демонтажно-монтажных работ по замене сборочных единиц и деталей в процессе технического обслуживания (ремонта) без пригоночных, регулировочных и селективных работ; 

S_П – оперативная трудоемкость пригоночных, регулировочных и селективных работ в процессе технического обслуживания (ремонта). 

Коэффициент стандартизации изделия (сборочных единиц, деталей).

, где M_с – количество стандартных сборочных деталей, не входящих в состав сборочных единиц;

M_сб – общее количество соответствующих составных частей изделия без учета крепежных деталей.

В качестве примера приведены расчеты показателей ремонтопригодности отдельных деталей и узлов тепловозов разных серий.

Следует отметить, что при конструировании локомотива и составных частей в расчете коэффициентов доступности, взаимозаменяемости, легосъемности и унификации оптимальным будет значение, близкое к единице.

Коэффициент доступности – отношение основной трудоемкости выполнения операций технического обслуживания (ремонта) к сумме основной и вспомогательной трудоемкости.

, где

– основная трудоемкость данного технического обслуживания (ремонта), определяемая трудозатратами на выполнение основных операций технического обслуживания (ремонта); 

– вспомогательная трудоемкость данного технического обслуживания (ремонта) как часть оперативной трудоемкости, определяемая трудозатратами на выполнение вспомогательных операций одного технического обслуживания (ремонта).

Пример промежуточной ревизии роликовой буксы тепловозов ЧМЭ-2,3 (1) и ТЭМ1,2 (2): 

где за счет выполнения дополнительных манипуляций, обеспечивающих доступ к выполнению основной операции на тепловозе ЧМЭ (демонтаж-монтаж передней крышки) доступность основного объекта ревизии значительно снижена.

Коэффициент легкосъемности – отношение оперативной трудоемкости демонтажно-монтажных работ на прототипе объекта к оперативной трудоемкости на эксплуатируемом (испытуемом) объекте.

, где

– трудоемкость при демонтажно-монтажных работах на прототипе объекта. Пример: кузов электровоза – заменить пружину, стержень или рессору листовую 

опоры кузова электровоза серии ВЛ:

0,38 – время на дополнительные работы по нагреву закоксовавшегося резьбового соединения.

Коэффициент унификации изделия.

, где ΣM_y – количество унифицированных сборочных единиц изделия и его унифицированных деталей, не входящих в состав сборочных единиц; 

ΣM_сб – общее количество соответствующих составных частей без учета стандартизированных крепежных изделий. 

Унифицированными составными частями являются разработанные ранее узлы и де- тали, впоследствии заимствованные в рассматриваемое изделие, а также покупные составные части, поставляемые в готовом виде. 

Для тягового электродвигателя ЭД118Б унифицированными составными частями являются, например, якорь (спроектирован ранее для ЭД118А) и подшипник якорный (покупное готовое изделие). Полный перечень составных частей ЭД118Б представлен в приложении 1. 

Для такого случая коэффициент унификации изделия составит:

При этом стоит отметить, что при подсчете всех деталей будет 330 штук, унифицированных – 266 штук. Таким образом, коэффициент унификации составит: 

Если взять спроектированный вновь электродвигатель ЭД133 (в отличие от ЭД­118Б, спроектированного на основе ЭД­118А), то значения составят соответственно:

В заключение следует отметить, что при расчетах стоимости жизненного цикла железнодорожного подвижного состава за- траты на условную единицу стоимости при- обретения к текущему содержанию при эксплуатации относятся как 1 к 5–8 для грузовых вагонов и 1 к 15 для локомотивов за назначенный срок службы. 

Исходя из этого, крайне важным является снижение затрат всех видов ресурсов при производстве технического обслуживания и ремонта подвижного состава в целях его максимально эффективного использования непосредственно для перевозочной работы.

В этой связи, учитывая отсутствие нормативно-технических документов в данной области, предлагается разработать национальный стандарт ГОСТ Р «Ремонтопригодность тягового подвижного состава при проектировании подвижного состава. Методы расчета». 

Список использованной литературы 

1. Ремонтопригодность машин, под ред. д.т.н., профессора Волкова П. Н., 1975. 
2. Межгосударственные и национальные стандарты. 
3. ГОСТ 23660 «Система технического обслуживания и ремонта техники. Обеспечение ремонтопригодности при разработке изделий». 
4. ГОСТ Р 27.010­2019 «Надежность в технике. Математические выражения для показателей безотказности, готовности, ремонтопригодности». 
5. ГОСТ Р 27605-2013 «Надежность в технике. Ремонтопригодность оборудования. Диагностическая проверка». 
6. ГОСТ Р 27.102-2021 «Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения».