Эксплуатация и ремонт электрического транспорта. Ч.1. Восстановление эксплуатационных свойств деталей

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
М.В. ЯРОСЛАВЦЕВ 
 
 
 
 
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО  
ТРАНСПОРТА 
Часть 1 
ВОССТАНОВЛЕНИЕ  
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ  
СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ 

Утверждено Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 

 

УДК 621.33:62-77(075.8) 
         Я 765 

Рецензенты: 

д-р техн. наук, доцент В.Н. Аносов 
канд. техн. наук, доцент Е.А. Спиридонов 

Работа подготовлена на кафедре ЭТК для студентов направления 
13.03.02 – «Электроэнергетика и электротехника» 
 
Ярославцев М.В. 
Я 765   
Эксплуатация и ремонт электрического транспорта: учебное пособие в 2 ч. / М.В. Ярославцев. – Новосибирск: Изд-во 
НГТУ, 2019. 

ISBN 978-5-7782-3945-6 
Ч. 1: Восстановление эксплуатационных свойств деталей. – 102 с.  
ISBN 978-5-7782-3946-3 

Рассмотрены общие вопросы надежности технических систем, принципы 
построения систем технического обслуживания и ремонта, виды износа и 
способы восстановления и повышения износостойкости деталей. Описаны 
типовые технологии восстановления узлов и агрегатов электроподвижного 
состава городского транспорта, показаны способы организации и повышения 
производительности и контроля качества эксплуатационных и ремонтных 
предприятий. Рассмотрены вопросы эксплуатации современных конструкций 
электроподвижного состава, организации деятельности эксплуатационных 
предприятий в XXI веке. 
Цель пособия – дать краткий обзор широкого спектра технологий, применяемых в ремонтном производстве, показать их физические основы и причины возникновения технических требований и ограничений, объяснить логику 
применения различных технологических подходов и решений, помочь будущим специалистам в поиске литературе, дающей углубленные сведения о 
технологиях обслуживания и ремонта техники. 
Предназначено для студентов бакалавриата направления 13.03.02 – 
«Электроэнергетика и электротехника», изучающих дисциплину «Эксплуатация и ремонт электрического транспорта», а также может быть полезно студентам, специализирующимся в области эксплуатации иных электромеханических систем. 

УДК 621.33:62-77(075.8) 

ISBN 978-5-7782-3946-3 (Ч. 1) 
 
 
 
 
© Ярославцев М.В., 2019 
ISBN 978-5-7782-3945-6  
 
 
 
 
 
© Новосибирский государственный 
    технический университет, 2019 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В пособии нашли отражение принципы технической эксплуатации, 
связанные с предупреждением возникновения неисправностей и отказов электроподвижного состава в ходе его работы. Пособие подготовлено на основании опыта чтения лекций и проведения практических 
занятий со студентами IV курса направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» и состоит из двух разделов. В первом разделе 
рассмотрены общие вопросы надежности функционирования подвижного состава и построения системы его обслуживания и ремонта. Во 
втором разделе рассмотрены вопросы износа и восстановления отдельных деталей. 
При написании пособия ставилась задача показать спектр существующих технологий восстановления деталей, пояснить их физическую и химическую сущность и продемонстрировать причины применения различных решений. Автор надеется, что по завершении курса 
студент будет способен найти возможные причины возникающих неисправностей и предложить мероприятия по совершенствованию технологии ремонтного производства, а также определить круг источников, необходимых для самостоятельного решения возникающих практических вопросов. Хотя примеры конкретных решений приводятся 
главным образом из области электрического транспорта, пособие достаточно универсально, а изложенные в нем подходы применимы к 
эксплуатации широкого спектра машин. 
Для лучшего восприятия в пособии чередуются различные формы 
изложения материала. Как правило, сначала приводится краткий текстовый и графический конспект материала, а ниже даются комментарии и развернутые пояснения. Основные определения и схемы, кратко 
повторяющие текст, выделены рамками. Примеры и дополнительные 
сведения, иллюстрирующие основной материал, даны уменьшенным 
шрифтом.  

 

РАЗДЕЛ 1 

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ  
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО  
ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 

 
 

Глава 1. Надежность технических объектов 

1.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

В этой главе рассматриваются общие понятия, применимые к любым техническим системам. Поэтому формулировки заданы в общем 
виде и нуждаются в большом количестве поясняющих примеров. 
Например, техническим объектом можно назвать отдельную деталь. 
Можно рассматривать в качестве объекта узел или агрегат, такой как 
двигатель, редуктор, контакторная панель. Под объектом можно понимать и трамвайный вагон либо троллейбус в целом. 
Что такое надежность технического объекта? Это понятие так или 
иначе знакомо каждому, но в современных стандартах имеется его более строгое определение. 

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих 
способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и 
условиях применения, технического обслуживания, хранения и 
транспортирования. 
Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может 
включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств. 

ГОСТ 27.002–89 Надежность в технике: основные понятия, 
термины и определения. 

Надежность – очень общее понятие. Как видно из определения, сама по себе она не является физической величиной. Вторая часть определения показывает, что надежность как свойство технических объектов представляет собой «матрешку» из других свойств, которые, в 
свою очередь, могут быть описаны различными численными величинами. 

 
Термины и величины, образующие понятие надежности 

Давайте рассмотрим смысл каждой из составляющих надежности 
подробнее. 

Безотказность характеризует способность объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени. 
Например, ее можно измерить как вероятность отказа за час, день или 
километр пробега объекта. 

Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособное 
состояние до наступления предельного состояния, когда дальнейшее 
его восстановление невозможно или нецелесообразно. 
Безотказность и долговечность – разные и даже противоречивые 
требования. Например, двигатель танка способен работать с высокой 
надежностью в течение нескольких боев. Двигатель автобуса откажет с 
гораздо большей вероятностью, зато он рассчитан не на один год ежедневной эксплуатации. Поскольку вероятность отказа со временем 

растет, один и тот же объект может обеспечивать высокий уровень 
надежности в течение короткого времени или более низкий в течение 
более длительного. 

Этим свойством иногда пользуются на практике. Например, 
после определенного налета на самолетах заменяют даже 
вполне исправные двигатели, поскольку возрастает вероятность 
их отказа. Зато на земле их продолжают использовать, например, для сметания снега реактивной струей: ведь поломка снегоочистителя не несет угрозы для безопасности полета. 

Ремонтопригодность – приспособленность объекта к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния после технического обслуживания и ремонта. Иначе говоря, она показывает, насколько 
просто его восстановить. 
Сохраняемость – способность сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять 
требуемые функции. В процессе хранения и транспортировки износ и 
старение объектов происходят иначе, чем при нормальной работе. 
Например, при нормальной работе многих узлов происходит износ поверхностей деталей трением, а при хранении – их коррозия. Значит, 
для обеспечения безотказности и сохраняемости (а также для восстановления деталей после эксплуатации и после хранения) необходимы 
различные мероприятия. 
Все эти понятия опираются на несколько терминов, характеризующих состояние объектов. Сравним две пары таких определений. 

Исправное состояние. Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. 

Неисправное состояние (или неисправность). Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) 
документации. 

ГОСТ 27.002–89 Надежность в технике: основные понятия, 
термины и определения. 

Итак, любого, даже самого малого, отступления от требований достаточно, чтобы признать объект неисправным. 

Работоспособное состояние. Состояние объекта, при котором 
значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативнотехнической и (или) конструкторской (проектной) документации. 

Неработоспособное состояние. Состояние объекта, при котором 
значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность 
выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. 

ГОСТ 27.002–89 Надежность в технике: основные понятия, 
термины и определения. 

Требование работоспособности предъявляется не ко всему объекту, 
а только к его заданным функциям. Оно менее строгое, чем требование 
исправности. Объекты могут быть неисправными, но сохранять работоспособность. Эта ситуация проявляется, например, при резервировании технических систем. Если один из выпрямительных агрегатов на 
тяговой подстанции неисправен, другой продолжит питать тяговую 
сеть, и подстанция в целом сохранит работоспособность. 
Событие перехода технического объекта в неработоспособное состояние называется отказом. Событие, заключающееся в переходе его 
в неисправное, но работоспособное состояние, называется повреждением. 
Множество состояний технических объектов можно представить 
следующей схемой. 

 
Возможные состояния технического объекта 

Обратите внимание, что отказ составной части объекта непременно 
означает его неисправность. Однако объект с отказавшей частью может 
как сохранить работоспособность, так и перейти в состояние отказа. 

Например, пробой диодов выпрямительного агрегата приводит к его 
отказу, но многоагрегатная подстанция останется работоспособной. 
Для подстанции в целом такое событие будет повреждением. 

Еще один пример – перегорание лампы на трамвае или 
троллейбусе. Если эта лампа использовалась для освещения салона, то эта неисправность сохранит работоспособность подвижной единицы. Но если эта лампа стояла, например, в стопсигнале, то такая машина не сможет выполнять свою функцию – 
безопасно перевозить пассажиров. Поэтому работа внешних световых приборов непременно проверяется перед каждым выходом на линию. 

1.2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ  
БЕЗОТКАЗНОСТИ 

При исследовании изменений в техническом состоянии объектов, 
а также определении периодичности обслуживания и ремонта необходимо измерять объем его работы. Для этого используется понятие 
наработки. 

Наработка – продолжительность, или объем, работы объекта. 

ГОСТ 27.002–89 Надежность в технике: основные понятия, 
термины и определения. 

Наработка может быть как непрерывной величиной, например количество часов работы или километров пробега транспортного средства, 
так и целочисленной, например количество рабочих циклов крана. 
Единицу измерения наработки необходимо выбирать так, чтобы 
она, с одной стороны, была достаточно проста и удобна для измерения, 
а с другой – как можно точнее описывала степень износа объекта. Поэтому для транспортных машин наработку лучше измерять в пройденных километрах, а не в часах работы. В отличие от транспортных машин быстродействующие выключатели изнашиваются главным образом под действием электрической дуги при отключении тока, поэтому 
их наработку считают по количеству отключений. 

Наиболее сложный и дорогой узел тепловозов – это дизельный двигатель. При одинаковом пробеге локомотива он может 
работать как с малой частотой вращения (например, если ло

комотив вел порожний поезд), так и с большой, а значит, дизель 
изнашивается с разной интенсивностью. Поэтому иногда наработку тепловозов определяют по количеству потребленного 
топлива. 

По мере работы объекта он изнашивается. Износ может происходить, даже несмотря на работы по восстановлению его свойств. Поэтому можно ввести понятия предельного состояния и ресурса. 

Предельное состояние – состояние объекта, при котором его 
дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо 
восстановление его работоспособного состояния невозможно или 
нецелесообразно. 

Ресурс – суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное 
состояние. 

ГОСТ 27.002–89 Надежность в технике: основные понятия, 
термины и определения. 

Чтобы определить ресурс объекта, необходимо исследовать, как 
изменяются численные характеристики, описывающие его безотказность. Рассмотрим, как можно определить наработку до отказа, вероятность безотказной работы и параметр потока отказов. Сделать это 
можно на основании статистических данных об эксплуатации аналогичных объектов. 

Средняя наработка до первого отказа 
1t  – математическое 
ожидание наработки объекта до первого отказа. 

Средняя наработка на отказ t – отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию 
числа его отказов в течение этой наработки. 

Вероятность безотказной работы p – вероятность того, что в 
пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет. 

Параметр потока отказов λ – отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки. 

ГОСТ 27.002–89 Надежность в технике: основные понятия, 
термины и определения. 

Пусть было исследовано N однотипных объектов, не поддающихся 
восстановлению. Для каждого из них зафиксирована величина наработки it , при которой произошел отказ. Как известно из математической статистики, математическое ожидание случайной величины t  
приблизительно равно среднему арифметическому ее измеренных значений: 

1

1
.
N

i
i
t
t
N 


 

Эта величина может быть определена только приблизительно, с некоторой точностью, причем точность измерения сама есть величина 
случайная. Можно считать, что с вероятностью 95 % найденное значение находится в пределах доверительного интервала S. Тогда истинное 
значение t находится в диапазоне 

1

1
2 ;
(
).
N

i
i
t
t
S
S
t
t
N






 

Вероятность безотказной работы зависит от наработки. Если при 
наработке t отказало B объектов, то вероятность безотказной работы p(t) 

( )
1
B
p t
N
 
. 

Так как изменение значения p(t) происходит при случайных значениях наработки, эту зависимость обычно представляют в виде гистограммы. Рекомендуемое количество интервалов на гистограмме n 
можно выбрать по формуле Стерджесса: 

2
1 log
.
n
N
 
 

Ширину интервала Δt допускается округлять так, чтобы сохранить 
одну-две значащие цифры: 

max( )
it
t
n
 
. 

Если объекты не поддаются восстановлению, то с ростом наработки количество отказавших объектов может только увеличиваться,  
а функция вероятности безотказной работы p(t) будет убывающей