CC BY
9
УДК 629.423
A.Е. Цурпаль, A.E. Tsurpal, e-mail: post@dynamucs.ru
B.В. Басакин, V.V. Basakin, e-mail: post@dynamucs.ru М.С. Илюшин, M.S. Ilushin, e-mail: post@dynamucs.ru ООО «НПЦ «Динамика», г. Омск, Россия
Ltd. «SPC «Dynamics», Omsk, Russia
АНАЛИЗ ВИБРОАКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПОЕЗДА
ANALYSIS OF VIBRATION IN ELECTRIC TRAIN MECHANICAL PARTS
Совершенствование методик определения технического состояния узлов механической части электро поездов в процессе эксплуатации является актуальной задачей. В работе представлены результаты исследова ний по установлению диапазона изменения параметров вибрации узлов механической части электропоезда, дл формирования требований к величине динамического диапазона измерительных каналов при разработке борто вой системы вбродиагностики и мониторинга технического состояния механического оборудования электропо ездов.
Improving techniques definition of technical status of nodes mechanical part of Trains in the process operatio is an ongoing challenge. The work presents the results of researches on an establishment of a range of change parame ters vibration of nodes mechanical part of the electric train, for the formation of requirements to the size of the dynami range of measurement channels when developing on-Board system of vibration diagnostics and monitoring the tech nical condition of mechanical equipment electric trains.
Ключевые слова: виброактивность, электропоезд, виброакустический анализ, динамическая ошибка мониторинг технического состояния, вибропараметры
164
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Keywords: vibration activity, rolling stock, vibroacoustic analysis, dynamic error, health monitoring, vibration parameters
В процессе эксплуатации рельсового подвижного состава деградация технического состояния наиболее ответственных узлов, подверженных внезапным отказам, ограничивает межремонтный пробег подвижного состава в целом. К ним в первую очередь относятся узлы электрического и механического оборудования, устранение неисправностей которых в процессе эксплуатации затруднено [1].
Наиболее эффективными методами обнаружения неисправностей роторного механического оборудования являются тепловой и виброакустический. Однако тепловой метод позволяет лишь констатировать факт разрушения узла, либо выявлять дефекты на поздней стадии их развития, в то же время виброакустический метод неразрушающего контроля позволяет обнаруживать как зарождающиеся, так и развитые дефекты [2, 3].
Целью проведенного исследования является установление диапазона изменения параметров вибрации узлов механической части рельсового подвижного состава для формирования требований к величине динамического диапазона измерительных каналов при разработке бортовой системы вбродиагностики и мониторинга технического состояния механического оборудования рельсового подвижного состава.
Для достижения поставленной цели:
- разработана методика и создана экспериментальная установка для записи виброакустических сигналов и сбора информации о значениях параметров вибрации узлов электропоезда в процессе движения;
- проведены экспериментальные исследования по записи виброакустических сигналов в реальных условиях эксплуатации подвижного состава;
- по экспериментальным данным построены и аппроксимированы распределением Вейбулла-Гнеденко эмпирические функции распределения вероятности значений параметров вибрации;
- проведен расчет основных статистических характеристик.
На рисунке 1 представлены графики эмпирических функций распределения (ЭФР) вероятности значений виброускорения для различных типов узлов (жирными линиями красного цвета - для буксовых узлов прицепных вагонов, зеленого цвета - для буксовых узлов моторных вагонов и синего цвета - для тяговых электродвигателей)
Тонкими линиями тех же цветов показаны полученные путем аппроксимации распределением Вейбула-Гнеденко теоретические функции распределения (ТФР).
СКЗ вибооускооения. м/с2 Рис. 1. ЭФР и ТФР вероятности СКЗ виброускорения
165
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Из информации, представленной на рисунке 1, можно сделать вывод о том, что виб роускорение, измеренное на узлах рельсового подвижного состава в процессе движения, из меняется в широких пределах и может достигать значений на несколько порядков больши по сравнению с вибрацией стационарного машинного оборудования. Так, математическо ожидание СКЗ виброускорения измеренного на наиболее виброактивных - буксовых узла прицепных вагонов (БП) превышает 45 м/с2, а математическое ожидание СКЗ виброускоре ния измеренного на тяговых электродвигателях (ТЭД) и буксовых узлах моторных вагоно (БМ) достигает практически 30 м/с2.
В то же время СКЗ виброускорения измеренного на тяговых электродвигателях имее максимальное стандартное отклонение (СКО) - около 60 м/с , что свидетельствует о наличи узлов с повышенной вибрацией. То же можно отнести и к буксовым узлам прицепных ваго нов, СКО среднеквадратических значений виброускорения для которых составляет 53 м/с , максимальное значение - практически 300 м/с . Максимальное же значение СКЗ виброуско рения измеренного на тяговых электродвигателях составляет 477 м/с2.
Достаточно высокая достоверность аппроксимации, а также близкие к единице значе ния параметров формы распределений Вейбулла-Гнеденко свидетельствуют о соответстви распределений измеренных значений экспоненциальному закону, что также подтверждае наличие узлов с повышенным уровнем вибрации.
1 10 100
СКЗ виброскорости, мм/с
Рис. 2. ЭФР и ТФР вероятности СКЗ виброскорости
На рис. 2 представлены распределения вероятности значений виброскорости. И представленной на рисунке 2 информации следует, что наибольшей виброактивностью п параметру «СКЗ ВИБРОСКОРОСТИ» являются буксовые узлы. Средние (12-14 мм/с) и мак симальные значения (50-100 мм/с), а также стандартное отклонение (7-8 мм/с) СКЗ вибро скорости измеренной на этих узлах в разы выше, чем на тяговых электродвигателях. Есл СКЗ виброускорения, измеренного на тяговых электродвигателях, имеют стандартное откло нение сопоставимое с удвоенным математическим ожиданием, то СКЗ виброскорости, изме ренной на данных узлах, имеют намного меньший разброс. Значения параметра формы рас пределения близкие к двум свидетельствуют о соответствие данных распределений закон Релея.
На рис. 3 представлены распределения СКЗ виброперемещения. Параметры форм данных распределений близки к параметрам формы распределений СКЗ виброскорости Наиболее виброактивными по «СКЗ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЯ», так же как и по «СКЗ ВИБ РОСКОРОСТИ» являются буксовые узлы прицепных вагонов, а наименее виброактивным тяговые электродвигатели.
166
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
1
0,9 0,8
| 0,6 | 0,5 I 0,4
0,2 ОД О
Выводы:
1. Наиболее виброактивными являются буксовые узлы немоторных колесных пар, для которых среднеквадратические значения виброускорения, виброскорости и виброперемещения в процессе движения достигают 300 м/с , 100 мм/с и 700 мкм соответственно, а средние значения этих параметров составляют - 45 м/с2, 14 мм/с и 70 мкм;
2. Полученные результаты позволяют сформулировать требования к величине динамического диапазона измерительных каналов при разработке бортовых систем вибродиагностики и мониторинга технического состояния механического оборудования рельсового подвижного состава.
Библиографический список
1. Безопасная ресурсосберегающая эксплуатация МВПС на основе мониторинга в реальном времени /В. Н. Костюков, С.В. Сизов, В.П. Аристов, Ан.В. Костюков // Наука и транспорт. - 2008. - С. 8-13.
2. Костюков, В. Н. Непрерывный мониторинг состояния моторвагонного подвижного состава /В. Н. Костюков, С.В. Сизов, В.П. Аристов, Ал.В. Костюков, Д.В. Казарин // Железнодорожный транспорт. - 2008. - № 6. - С. 41-42.
3. Костюков, В.Н. Мониторинг безопасности производства / В.Н. Костюков. - М.: Машиностроение, 2002. - 224 с.
Буксовые узлы прице пных вагоноЕ
Буксовые узлы мотор ных вагонов
Тя говые электродви г атели
1 ю 100
СКЗ виброперемещения, мкм
Рис. 3. ЭФР иТФР вероятности СКЗ виброскорости
