XIII K ONFERENCJA NAUKOW A
„POJAZDY SZYNOW E ‘98”
ZN POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 1998 Seria: TRAN SPORT z.32, nr kol. 1393
M arian FIJOŁEK Przem ysław PAZDRO
DIAGNOSTYKA TECHNICZNA LOKOM OTYW ELEKTRYCZNYCH W ZAKŁADZIE TABORU PKP ZDUŃSKA W OLA - KARSZNICE
Streszczenie. W referacie przedstawiono aktualny stan techniki diagnostycznej w jednym z największych Zakładów Taboru PKP. Ocena stanu technicznego, oparta na współczesnej technice pomiarowej, obejmuje zarówno poszczególne podzespoły i urzą
dzenia, jak też całe pojazdy. Stworzony został system informatyczny pozwalający na kom pleksow e gromadzenie danych diagnostycznych, ich ocenę i analizę. System obej
muje urządzenia mechaniczne i elektryczne. Przykładowo omówiono tworzone obecnie stanowisko diagnostyczne aparatów i obwodów elektrycznych lokomotyw serii ET41, ET42 i ET22. W skazano na efekty wprowadzenia diagnostyki technicznej pozwalającej na zwiększenie efektywności utrzym ania taboru i zwiększenia jego niezawodności.
TECHNICAL DIAGNOSTICS OF ELECTRIC LOCOM OTIVES IN PKP DEPOT ZD UŃSKA W OLA - KARSZNICE
Sum m ary. Present state o f introduction o f technical diagnostics o f electric traction rolling stocks in one o f the largest maintenace depot o f PKP is described. Technical dia
gnostics arrangem ents are operational as well to mechanical as to electrical parts o f lo
com otives. As an example the diagnostics stand o f electric locomotives is described.
The technical and economical effectiveness o f technical diagnostics is discussed.
1. WSTĘP
Sprawność i niezawodność techniczna taboru w dużej mierze decyduje o efektywności pra
cy trakcji, o przepustow ości linii i węzłów kolejowych oraz w bezpośredni sposób wpływa na regularność biegu pociągów. Przy dużym zapotrzebowaniu na pojazdy trakcyjne pierwszopla
nową spraw ą je st utrzym anie ich w dobrym stanie technicznym.
Doświadczenie Zakładu Taboru w Zduńskiej Woli - Karsznicach w 33-letniej eksploatacji pojazdów trakcji elektrycznej wskazuje na to, iż postęp techniczny i technologia w połączeniu z nowoczesnym w yposażeniem stanowisk przeglądowych, przy ciągłym szkoleniu pracowni
56 M. Fijolek, P. Pazdro
ków, pozw ala na utrzym anie pojazdów trakcyjnych w stanie gwarantującym ich bezpieczną i bezaw aryjną eksploatację.
W łaściw e diagnozowanie stanu technicznego pojazdów pozw ala na znaczne zmniejszenie pracochłonności zabiegów konserwacyjnych, wydłużenie cykli przeglądowych i napraw
czych, zm niejszenie kosztów utrzym ania, a tym samym poprawę efektywności eksploatacji pojazdów trakcyjnych.
D la poparcia tych faktów można podać zmniejszenie kosztu jednostkow ego eksploatacji trakcji elektrycznej w zakładzie z 149.17 z ł/100 poj.km w 1993 r. do 123.37 zł/100 poj.km. w 1997 r. (w cenach porównyw alnych z 1997 r.). W celu uzyskania tych efektów zakład w ypo
saża stanow iska przeglądowe i naprawcze we właściwe systemy diagnostyczne o wysokim standardzie technicznym.
W Zakładzie Taboru Zduńska W ola - Karsznice powstało w ostatnich latach w ramach program u diagnostyki i automatyzacji procesów przeglądowych i naprawczych szereg stano
wisk, dzięki którym m ożna dokładnie określić stan techniczny poszczególnych urządzeń, m a
szyn i całych zespołów.
2. SYSTEM EW IDENCJI I ANALIZ STANU TECHNICZNEGO PODZESPOŁÓW ELEK TR Y C ZNY CH POJAZDÓW TRAKCYJNYCH
K onstrukcja system u obejmuje zarówno sprzęt, jak i oprogramowanie i należy do syste
m ów otwartych. Jest on wielostanowiskowy i sieciowy, a ponadto pracuje w czasie rzeczywi
stym , co oznacza, że doskonale nadaje się do ujmowania zjawisk dynam icznych związanych z bieżącą eksploatacją taboru. Przetwarzanie informacji rozłożone jest między serwerem, na którego dyskach przechowywane są informacje, a poszczególnymi stacjami roboczymi, na żądanie których dane te są udostępniane. Baza danych system u umożliwia opis wszystkich elem entów i podzespołów wchodzących w skład pojazdu oraz pokazuje ich współzależności.
U m ożliw ia ona także bez ograniczeń czasowych śledzenie zdarzeń dotyczących poszczegól
nych elem entów . Relacyjna baza danych składa się z poszczególnych baz opisujących diagno
zowane elementy i powiązania między nimi oraz zdarzenia w całym systemie. Składnikami jej w system ie diagnostyki, przeglądów i napraw pojazdów są bazy danych podzespołów i ele
mentów, danych typów zdarzeń, danych zdarzeń i danych typów uszkodzeń i czynności prze
glądowych i naprawczych.
System inform atyczny dla potrzeb taboru elektrycznego obejmuje w szystkie urządzenia elektryczne, m aszyny elektryczne i urządzenia mechaniczne. Składa się on z następujących stanowisk:
• Stanow isko ew idencji i analiz pomiarów stanu technicznego urządzeń elektrycznych i mechanicznych pojazdów podczas przeglądów kontrolnych, które umożliwia wprowadzenie 78 pozycji prac elektrycznych i 74 pozycji prac mechanicznych;
• Stanowisko ew idencji i analiz pomiarów stanu urządzeń SHP, czuwaka aktywnego i prędkościom ierzy podczas przeglądów kontrolnych i okresowych;
• Stanowisko ewidencji i analiz pomiarów maszyn elektrycznych, które zbiera dane z:
- urządzeń służących do badania wstępnego maszyn, - urządzeń m echanicznego dem ontażu silników trakcyjnych, - urządzeń pom iarowych spadków napięć w uzwojeniach wirników, - urządzeń dem ontażu i m ontażu łożysk tocznych,
- urządzeń pom iaru centryczności i średnic komutatorów,
Diagnostyka techniczna lokomotyw.. 57
- wyważarki dynam icznej wirników,
- urządzeń do pom iarów napięciowych układów izolacyjnych, - urządzeń stacji prób m aszyn elektrycznych;
• Stanow isko diagnozow ania stanu podwozia, zestawów kołow ych i wózków, które współpracuje z urządzeniem kontrolno-pom iarow ym TENSAN przeznaczonym do pomiarów:
rozkładu pionow ych nacisków kół na szyny w pojedynczym zestawie, z w yelim i
now aniem tarcia wewnętrznego,
- rozkładu pionow ych nacisków pomiędzy zestawami, - rozkładu pionow ych nacisków pomiędzy stronami wózka, - rozkładu pionow ych nacisków pomiędzy wózkami,
sztywności skrętnej pojazdów;
• Stanowisko ew idencji i analiz stanu technicznego przekaźników, styczników, wyłączni
ków szybkich, odbieraków prądu, urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej, kabli i przewodów oraz pozostałych urządzeń elektrycznych wysokiego i niskiego napięcia, współpracujące z urządzeniami do pom iaru i regulacji nastaw prądowych wyłączników i przekaźników;
• Stanowisko ewidencji i analiz pomiarów geom etrii wózków, pudła i zestawów kołowych, współpracujące z urządzeniami naprawczymi zestawów kołowych,
• Stanowisko pom iarów i prób urządzeń pneum atycznych i ham ulcowych;
• Stanowisko w ykonyw ania syntetycznych opracowań, sprawozdań i protokołów prób końcow ych elem entów , podzespołów i całego pojazdu trakcyjnego oraz analiz przebiegów, zużycia m ateriałów i kosztów przeglądów i napraw;
• Stanowisko diagnozow ania urządzeń taborowych podczas przeglądów okresowych lo
kom otyw elektrycznych współpracujące z urządzeniami do oceny stanu technicznego aparatu
ry i obwodów lokom otyw elektrycznych serii ET41, ET42 i ET22.
3. DIA G N O STY K A U RZĄ D ZEŃ ł OBW ODÓW ELEKTRYCZNY CH LOKOM OTYW SERII ET41, ET42 I ET22
Lokom otyw y ww. serii m ają klasyczne rozwiązania układów elektrycznych opartych na układach stycznikowych. Ich stan techniczny pozwala jeszcze na w ieloletnią eksploatację, a perspektywa ich w ym iany na pojazdy nowej generacji jest bardzo odległa. D ecyzja o objęciu tych lokom otyw system em diagnostyki technicznej wydaje się być uzasadniona. Diagnostyka techniczna, oparta na w spółczesnych metodach pom iarowych i now oczesnym sprzęcie, po
zwoli na podniesienie poziom u technicznego utrzym ania tych pojazdów, a tym samym przy
czyni się do zw iększenia ich niezawodności.
B udowane stanow isko diagnostyczne jest typow ym urządzeniem stacjonarnym. Jego bar
dzo uproszczona struktura pokazana jest na rys. 1.
Zadaniem stanow iska komputerowego je st sterowanie procesami pom iarowym i, odbiór i przetworzenie sygnałów pom iarowych, ich ocena, rejestracja w yników pom iarów i ich gro
madzenie w zbiorach oraz oczywiście m ożliwość komunikacji z operatorem.
58 M. Fijołelc, P. Pazdro
V
TTTT nu
S tano w isko U kład y kom puterow e s p rzęg ając e
B adana lo k o m o ty w a
R ys. 1. S tru k tu ra s ta n o w isk a d ia g n o sty c z n e g o lo k o m o ty w ele k try c zn y c h Fig. 1. T h e s tru c tu re o f d ia g n o stic statio n fo r e le ctric lo c o m o tiv e s
Sprzęt stanow iska komputerowego oparty jest na profesjonalnych urządzeniach firmy ADVANTECH. Jest to kom puter przemysłowy z procesorem Pentium 150 MHz, wyposażony w w yspecjalizow ane karty pom iarowe (przetworniki A/C, C/A i liczniki) oraz karty wejść - wyjść cyfrowych. O ryginalne oprogramowanie specjalistyczne opracowane zostało przez ze
spół Katedry Trakcji Elektrycznej Politechniki Gdańskiej. Ze względu na specyfikę zadań program realizow any je st w oparciu o program Pascal na bazie DOS. Docelowo przewiduje się przeniesienie oprogram ow ania do środowiska W INDOW S z wykorzystaniem elementów profesjonalnego program u „G EN IE” (ADVANTECH) przeznaczonego do zbierania i prze
tw arzania danych pomiarowych.
Pomimo bogatej oferty sprzętowej urządzeń przem ysłow ych nie udało się znaleźć układów sprzęgających karty system u komputerowego z urządzeniami sterowania pojazdów, pracują
cych, jak w iadom o, na poziom ie napięć 110 V=.
Takie układy zostały zaprojektowane i wykonane w postaci łączników tranzystorowych 5V /110 V (5A), układów transm isji sygnałów 1 10V/5V oraz przetworników sygnałów analo
gowych. W szystkie te podzespoły zapewniają pełną separację galwaniczną. Do specyficznych układów sprzęgających zaliczyć również można sterowany komputerowo zasilacz wielkoprą- dowy pozwalający na generację prądu do 2000 A.
W lokom otyw ach poddaw anych badaniom diagnostycznym zasadniczo w ykorzystuje się istniejącą instalację sterowania, zwłaszcza w lokomotywach dwuczłonowych ET41 i ET42.
Niezbędne było jednak uzupełnienie tej instalacji o dodatkowe obwody kontrolne. Dodatkowa instalacja łączona je st ze stanowiskiem diagnostycznym za pośrednictwem gniazd wielosty- kowych i odpow iednich przewodów. W przypadku badania aparatów zabezpieczających ko
nieczne je st przyłączenie kabli silnoprądowych do wybranych punktów obwodu głównego.
Podstawowe pom iary wykonyw ane w czasie badań diagnostycznych to:
• badanie stanu baterii akum ulatorów (napięcie biegu jałow ego i pod obciążeniem),
• kontrola działania układu sterowania,
• pom iar czasów w łasnych (załączania i wyłączania) wybranych aparatów,
• pom iar rezystancji obwodu rezystorów rozruchowych,
• pom iar poziom u nastaw aparatów zabezpieczających (wyłącznik szybki i przekaźniki nadm iarowe),
• kontrola działania urządzeń SHP,
• kontrola działania urządzeń KHP (opcja).
Diagnostyka techniczna lokomotyw.. 5 9
Ramy referatu nie pozw alają na szczegółowe przedstawienie wszystkich testów. Jednak dla zilustrow ania filozofii i techniki pomiarowej omówiony zostanie pom iar czasów własnych styczników elektropneum atycznych.
Pom iar ten daje istotne informacje o stanie tych aparatów. M ożna przypom nieć, że czas własny aparatu je st to czas, jaki upływ a od momentu załączenia lub w yłączenia sygnału ste
rującego na cew kę elektrozaworu do momentu załączenia lub otwarcia jego styków. Inform a
cją diagnostyczną je st wartość tego czasu w stosunku do wartości normatywnej. N a przykład w ydłużenie czasu załączania ponad określony czas norm atywny świadczy o zwiększeniu oporów tarcia w m echanizm ie łącznika, zwarciu międzyzwojowym w cewce elektrozaworu, lub zanieczyszczeniu przewodów doprowadzających sprężone powietrze. W ydłużenie czasu w yłączania poza w ym ienionym i wyżej czynnikami może świadczyć o uszkodzeniu sprężyny wyłączającej.
Przy pom iarze czasów w łasnych w ykorzystuje się program sterowania oraz pom iar rezy
stancji obw odu głów nego (w odniesieniu do styczników zwierających rezystory rozruchowe).
Ilustruje to w ykres na rys.2. W przypadku styczników liniowych i przełączających w ykorzy
stuje się sygnały stanu styczników pomocniczych.
R ys.2. P rz e b ie g sy g n a łó w p rz y p o m ia rz e czasu w ła sn e g o s ty cz n ik ó w : U s - s y g n a ł steru ją cy s ty c z n ik a , R - m ie rz o n a re z y sta n c ja o p o rn ik a ro z ru c h o w e g o , tz - czas w ła sn y z a łą c z e n ia b a d a n e g o sty c z n ik a , tw - czas w ła sn y w y łą c z a n ia sty c z n ik a
Fig. 2. S ig n a l fu n c tio n d u rin g m e a su rm e n t o f c h arac te ristic tim e o f co n ta cto rs, U s - s te e rin g sig n al, R - m easu red re s ista n c e o f s ta rtin g re sisto r, tz - c h arac te ristic o n -tim e, tw - c h a ra c te ristic o ff-tim e
Innym pom iarem wartym om ówienia je st badanie nastaw prądow ych aparatów zabezpie
czających, np.: w yłącznika szybkiego. Do zacisków badanego aparatu doprowadza się kable elastyczne zakończone zaciskami szczękowymi. Obwód probierczy zasilany je st z niskona
pięciowego tyrystorow ego prostow nika sterowanego. Sterowanie tego prostow nika odbywa się program ow o ze stanow iska komputerowego. Prąd w obwodzie stopniowo narasta, a jego wartość w chw ili zadziałania badanego aparatu jest rejestrowana.
Pom iar prądów nastaw aparatów zabezpieczających ma istotne znaczenie dla bezpieczeń
stwa pracy obw odów elektrycznych w pojazdach..
Stanowisko diagnostyczne pozwala na:
• obiektyw ny pom iar param etrów badanych obwodów i urządzeń,
• o b iektyw nąocenę danych pom iarowych w oparciu o wprowadzone do system u kryteria,
• rejestrację i archiw izację danych pom iarowych, a tym samym tworzenie historii stanu technicznego danego pojazdu,
• tw orzenie bazy danych dla prognozowania stanu technicznego pojazdów.
60 M. Fijołek, P. Pazdro
Stanowisko m a konstrukcyjnie i programowo charakter otwarty. M ożliwe je st w prowadza
nie dalszych testów, ja k też w miarę potrzeb objęcie testami innych pojazdów.
N ie m ożna pom inąć również efektu szkoleniowego w odniesieniu do personelu eksploata
cyjnego. Stworzone zostały warunki dla zaznajomienia personelu z nowoczesnym sprzętem i technikam i pom iarowym i oraz z techniką diagnostyczną, a tym samym do przygotowania go do obsługi pojazdów nowej generacji, w których diagnostyka techniczna je st standardem.
4. WNIOSKI
Efekty, jakie Zakład uzyskał z wprowadzenia diagnostyki taborowej w czasie przeglądów kontrolnych, okresow ych, rozszerzonych i napraw rewizyjnych, wynikają:
* z prawidłow ego diagnozow ania stanu technicznego pojazdów trakcyjnych, ich zespołów i obwodów,
* ze skrócenia czasu wykrywania usterek,
* z w yposażenia stanow isk naprawczych w nowoczesne narzędzia pracy,
* z w ykonyw ania czynności naprawczych zgodnie z obowiązującymi technologiam i przy w y
korzystaniu inform acji o stanie technicznym urządzeń,
* z poprawy jakości w ykonyw anych napraw,
* z poprawy efektyw ności i operatywności pracowników,
* z popraw y w arunków bezpieczeństw a pracy.
D la pełniejszego w ykorzystania istniejącego ju ż obecnie potencjału naprawczego, ko
nieczne są dalsze działania inwestycyjne w zakresie w yposażenia zakładu w nowoczesne ma
szyny i urządzenia oraz rozwój techniki diagnostycznej i pomiarowej.
Efektem w prow adzenia pełnej diagnostyki taborowej powinno być:
* opracowanie optym alnych, zw iększonych okresów pomiędzy naprawami rewizyjnym i, jako podstaw owym i naprawam i okresowymi pojazdów trakcyjnych,
* określenie niezbędnych prac naprawczych i konserwacyjnych, które powinny być wy
konyw ane poza naprawam i rew izyjnymi dla zachowania podstawowej zdolności technicz
nej pojazdów,
* dynam iczne, każdorazowe określanie zakresu czynności przeglądowych,
* stworzenie bazy danych dla rezerwy obiegowej części zamiennych.
Praktyczne w prow adzenie technicznej diagnostyki taborowej oraz opartych na niej syste
m ów ewidencji i analiz stanu technicznego taboru w połączeniu z zastosowaniem now ocze
snych system ów przeglądow o-napraw czych, przy uwzględnieniu rachunku ekonomicznego, je st drogą do now oczesnego, efektyw nego utrzym ania pojazdów trakcyjnych w przedsiębior
stwie Polskie K oleje Państwowe.
Recenzent: Dr hab.inż. Eugeniusz Kałuża Prof. Politechniki Śląskiej
Diagnostyka techniczna lokomotyw. 61
Abstract
This paper presents a present state o f technical dignostics o f electric rolling stock in the m aintenance depot Zduńska W ola Karsznice. Some effects o f present diagnostic measures are evident, for example: shorter tim e o f repairing, higher quality o f repairs and safer conditons o f working during repairing. Wide introducing o f rolling stock diagnostics, systems o f eviden- tion and analysis o f technical state, in connection with application o f m odern maintenance and repair system s effects in effective m aintenance o f rolling stock in PKP.
