За время эксплуатации вагоны расходуют свой технический ресурс, поэтому его необходимо со временем восстанавливать. Вагоны относятся к обслуживаемым, ремонтируемым объектам и рассчитываются на регламентируемые условия эксплуатации, однако время работы каждого из них до первого отказа или между отказами оказывается различным, что свидетельствует о неоднородности прочностных свойств вагонов и неравномерности их нагрузок в эксплуатации. Такие особенности недостаточно учитываются обычными расчетами по допускаемым напряжениям, и остается неясным, какова же вероятность безотказной работы деталей вагона в течение заданного времени эксплуатации.
Надежность определяют свойства вагонов, их способность выполнять свои функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям работы, и обеспечивая безопасность при эксплуатации. Надежность вагонов характеризуется показателями безотказности работы, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости в эксплуатации. В зависимости от назначения вагона и условий его эксплуатации на различных стадиях рассматриваются отдельные его свойства или их совокупность, анализируется его состояние для своевременного предупреждения сбоев в работе, отказов.
Основным математическим аппаратом надежности как науки является теория вероятности. Надежность вагона закладывается на этапе его проектирования и обеспечивается в процессе его изготовления и эксплуатации. Задачи надежности в вагоностроении в настоящее время решаются пока трудно, в основном, из-за сложности и высокой стоимости проведения массовых экспериментальных исследований.
Для повышения надежности вагона на стадии проектирования предусматривается использование улучшенных материалов, из которых строится вагон; разрабатываются принципиально новые конструктивные решения, выбираются оптимальные рабочие режимы; применяются новые технологии и методы контроля. В период постройки вагона необходимым условием обеспечения надежности является соблюдение технологии; использование различных способов улучшения качества материалов и применение прогрессивных способов их соединения, эффективных методов контроля качества технологических операций и деталей; проведение ресурсных испытаний и т.п. Во время эксплуатации к факторам, позволяющим соблюдать основные свойства надежности, относятся обеспечение заданных условий и режимов работы вагона; проведение своевременных осмотров ремонтов с целью назначения отцепочного или безотцепочного ремонта и замены отдельных деталей или узлов вагона; осуществление профилактического контроля, предупреждающего выход вагона из строя, отказ или потерю работоспособности вагона.
Для оценки указанных выше показателей надежности вагона, под которой понимается свойство вагона выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования, приняты следующие понятия в теории надежности.
Работоспособность, под которой понимается состояние вагона, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативной технической документацией.
Безотказность, под которой понимается свойство вагона непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.
Долговечность, под которой понимается свойство вагона сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта вагонов. Показателем долговечности является средний ресурс, назначенный гамма-процентный ресурс, средний срок службы. Под ресурсом понимается суммарная наработка вагона от начала его эксплуатации или после ремонта до предельного состояния. Под техническим ресурсом вагона понимается запас возможной его наработки до предельного состояния. Поскольку средний и капитальный ремонт вагонов позволяют частично восстанавливать ресурс, то различают доремонтный, межремонтный, послеремонтный и полный (до списания вагона) ресурсы. Под гамма-процентными ресурсами понимается календарная продолжительность или наработка, в течение которой вагон не достигает с определенной вероятностью предельного состояния.
Для вагонов долговечность оценивают обычно величиной назначенного ресурса, который на железных дорогах России равен от 22 до 35 лет.
Наработка, под которой понимается продолжительность или объем работы вагона до наступления, например, отказа вагона. Ремонтопригодность, под которым понимается свойство вагона, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и повреждений и устранению их последствий путем проведения планово-предупредительных и текущих ремонтов, а также технического обслуживания вагонов.
Отказ вагона или его узла, под которым понимается событие, заключающееся в нарушении его работоспособности, при котором вагон не может использоваться для выполнения основной производственной деятельности и временно или окончательно при достижении предельного состояния исключается из рабочего парка для проведения ремонта или списания. Под предельным состоянием понимается такое техническое состояние вагона или его узла, при котором невозможно его использование, а восстановление работоспособности нецелесообразно в основном из экономических соображений. Следовательно, при предельном состоянии вагона его дальнейшее использование по назначению должно быть прекращено из-за неустранимого снижения эффективности эксплуатации, морального износа, исчерпанием технического ресурса, нарушения требований безопасности движения.
В теории надежности и на практике принята следующая классификация отказов:
а) постепенный отказ, характеризующийся постепенным изменением одного или нескольких заданных параметров вагона;
б) независимый отказ детали вагона, не обусловленный повреждением или отказами других деталей вагона;
в) зависимый отказ детали вагона, обусловленный повреждением или отказом другой детали вагона;
г) сбой — это самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности;
д) перемежающийся отказ — это многократно возникающий сбой одного и того же характера;
е) конструкционный отказ, возникающий в результате нарушения установленных правил или норм конструирования и расчета вагона;
ж) производственный отказ, возникающий в результате нарушения установленного технологического процесса постройки или ремонта вагона;
з) эксплуатационный отказ, возникающий в результате нарушения установленных правил и условий эксплуатации вагона.
В качестве примера внезапного отказа можно назвать разрушение (излом) деталей, представляющее собой недопустимое в эксплуатации нарушение формы ответственных несущих элементов и узлов вагона (ось колесной пары, колесо, рама вагона и тележки) вследствие возникновения существенных величин остаточных деформаций от действия экстремальных значений случайных нагрузок.
В качестве примеров постепенного отказа можно назвать усталостное разрушение элементов вагона вследствие постепенного образования и развития трещин от действия длительных по времени многократных динамических нагружений; а также предельное утонение элементов вагона вследствие абразивного контактного и коррозионного износа. Изменение предусмотренного нормативно-техническими документами характера соединений деталей между собою, например, ослабление соединений или изменение условий взаимодействия элементов вагона вследствие смятия или износа сопряженных поверхностей элементов также представляет собою постепенный отказ.
Критерии отказов и предельных состояний устанавливаются нормативно-технической документацией.
