Дистанционная диагностика подвижного состава Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК62

Д.Ю. Померанцев

Аспирант (ИрГУПС) г. Иркутск E-mail: smoger9@mail.ru А.А.Ермаков Аспирант (ИрГУПС) г. Иркутск

E-mail: AndreuErmac1994@mail.ru ДИСТАНЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Аннотация

В работе проведен комплекс поисково-исследовательских работ по определению допустимого акустического уровня и спектрального состава сигналов. Проиллюстрирован механизм обработки звукового сигнала от удара молотка по колесной паре

Ключевые слова:

КТСМ, СКЗ, гармонический сигнал, цифровой носитель, акустический сигнал, диагностика

Введение

Существующая отечественная система диагностики буксовых узлов железнодорожного подвижного состава основана на измерении температуры контролируемого объекта (буксы).

Диагностика акустического сигнала позволила бы выявлять на ранней стадии такие дефекты, как трещины, сколы на поверхности колец и тел качения, повышенный износ. Эти дефекты не всегда вызывают повышенный нагрев, но всегда будут создавать вибрацию, а как следствие, и посторонний шум.

Звуковые колебания частиц упругой среды имеют сложный характер и могут быть представлены в виде функции времени:

х(£) = А1 cos(ш0t + ф0) + Л2[СО5(^0£ + ^1) £ + ^2]+...., (1)

где х(£) — текущее значение сигнала в момент времени; А1, А2, ■■■Ап — амплитуда сигнала; Шо — круговая частота сигнала; <р2, ■ ,<рп — начальная фаза сигнала.

Каждый из указанных трех параметров гармонического сигнала, определяющих его форму, может нести в себе диагностическую информацию. Исключение составляет лишь начальная фаза сигнала, так как информацию несет обычно не ее значение, а разность фаз колебаний одной частоты, измеренных в двух разных точках или направлениях.

Конкретное значение колебательного смещения, скорости или ускорения случайного звукового сигнала задается его плотностью вероятности. В боль-шинстве случаев закон распределения плотности вероятности этих значений близок к нормальному, удовлетворяющему выражению

Я*)}'"Тв^ЬТ2}- (2)

где р[х(Ь)} —вероятность того, что в момент t вибрации имеет величину х; ах- СКЗ звукового сигнала; х(£)- среднее значение звукового сигнала.

Проведен комплекс поисково-исследовательских работ по определению допустимого акустического уровня и спектрального состава сигналов от проходящего поезда с целью выявления дефектов буксовых

узлов. Для оценки работы буксового узла анализировалась мощность звукового давления как наиболее информативного параметра. Звуковой сигнал от буксовых узлов проходящего поезда регистрировался при помощи микрофона на цифровой носитель.

На примере обработки звукового сигнала от проходящего порожнего со-става из 22 вагонов проиллюстрирую механизм обработки звукового сигнала

а б

Рисунок 1 -Акустический сигнал полученный от прохода тележки (а) и спектр звукового сигнала (б)

Путем преобразования временной характеристики (рис. 1 а) получен спектр звукового сигнала (рис. 1 б).

При анализе спектра рассмотрены среднеквадратические значения уровней звукового давления в частотных полосах с интервалом 50 Гц.

Гистограмма частотного распределения, приведенная на рисунке 2, на-глядно показывает результат серии измерений в частотной полосе 300-350 Гц. Очевидно, что хотя результат каждого измерения случаен, эта случайность подчиняется определенным законам. Кроме того, видно, что распределение симметрично и наибольшее число измерений группируется в средней части гистограммы, т.е. можно принять нормальный закон распределения вероятности

Рисунок 2 - Распределение плотности вероятности звукового давления волн частотой 300-350 Гц

После определения всех распределений плотности вероятности построим характеристику для оценки состояния проходящей тележки (рис. 3). Здесь же показан спектр акустического сигнала, полученный при проходе тележки, не имеющей отклонений.

Рисунок 3 - Распределение уровней звукового давления волн от тележек проходящего

поезда в зависимости от частоты

В каждом интервале частот имеются свои предельные значения уровней звукового давления. Превышение уровня СКЗ в одном из частотных диапазонов будет означать конкретную неисправность.

При обработки звукового сигнала от удара молотка по колесной паре проиллюстрирую механизм обработки звукового сигнала

Рисунок 4 - Акустический сигнал полученный от удара молотка по исправной колесной паре, спектр звукового сигнала

Рисунок 5 - Акустический сигнал полученный от удара молотка по не исправной колесной паре (выщербина), спектр звукового сигнала

~ 60 ~

Рисунок 6 - Акустический сигнал полученный от удара молотка по не исправной колесной паре (сквозная трещина), спектр звукового сигнала

Способ акустической диагностики подвижного состава железнодорожного транспорта

Суть способа заключается в том, что не менее двух датчиков (преобразователей) акустической эмиссии устанавливают на любую поверхность правого и левого рельса, кроме поверхности головки рельса по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути. Определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов эмиссии и интервал времени между выбросами за время не менее одного оборота подшипника.

Местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой измеренного значения интервала времени между максимальными сигналами эмиссии с одним из трех интервалов времени между выбросами максимальных сигналов эмиссии. Каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов эмиссии соответствует виду дефекта. О состоянии подшипника судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта такого типа исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника [8].

Причинами, которые способствует значительному увеличению амплитуды сигналов акустической эмиссии вращающегося подшипника, являются удары и микроудары от перекатывания дефектных поверхностей тел качения, на которых имеются раковины, сколы, выщербины.

Особенности применения диагностики подвижного состава на железнодорожном транспорте

Сигналы системы зависят от скорости движения и амплитудно-частотной характеристики рельса. Система позволяет проводить контроль подвижного состава на скоростях от 40 до 300 км/ч, а предел чувствительности не превышает 50 Н. Опыт эксплуатации системы позволил установить, что протяженные неровности (например, неравномерный прокат) приводят к повышенному уровню динамических сил, особенно на высоких скоростях. Вероятность обнаружения таких дефектов при визуальном контроля низкая.

При высоких скоростях происходит изменение формы сигнала от четко выраженной трапеции к колоколообразной форме. При этом амплитуда части сигнала, полученного из центра измерительной схемы, не уменьшается. Подобная ситуация наблюдается, когда полоса пропускания входного сигнала ниже 2 кГц. Измерительное устройство, установленное на действующем участке пути, чувствительно к дефектам в зоне до 200 мм.

Ударное воздействие на рельс от колеса с дефектом наблюдается в сигнале в виде локального максимума

- импульса силы на рис. 1, который в представленной ситуации совпадает с составляющей сигнала от квазистатической силы, действующей от колеса на рельс. Длительность импульса составляет около 3 мс, а

максимальное значение силы превышает 200 кН. Параметры импульса зависят от скорости движения колеса и характеристик дефектов; так, длительность импульса изменяется в диапазоне от 0,4 до 3,0 мс.

Дефект

Рисунок 7 - Сигнал измерительной зоны при проходе четырех колесных

пар двух тележек соседних вагонов

Вывод: При исследовании амплитудных спектров звуков установлено, что спектры звуковых сигналов отличаются. При сравнении исправного колеса, с не исправным, было выявлено изменение амплитуд.

Перечень оборудования и материалов, которые необходимо дополнительно приобрести, изготовить или отремонтировать для успешного исполнения проекта. Пъезодатчики, ультразвуковой дефектоскоп, измеритель напряженности магнитного поля. Список использованной литературы:

1. Герике Б. Л. Мониторинг и диагностика технического состояния ма-шинных агрегатов: учеб. пособие. -В 2 ч. Ч.2. Диагностика технического со-стояния на основе анализа вибрационных процессов/ Кузбас.гос.тех.ун-т. - Кемерово, 1999. - 230 с.

2. Криворудченко В. Ф., Ахмеджанов Р. А. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта: Учебное пособие для вузов ж-д транспорта / под ред. В. Ф. Криворудченко. - М.: Маршрут, 2005. - 436 с.

3. Климов Н. Н., Зубкова Д. А., Куценко С. М., Дудаков С. В. Автоматизация процессов обработки данных акустической диагностики напряжённого состояния бесстыкового пути.\\ Современные технологии. Системный анализ. Моделирование - 2011. - №4(32).- С.209-214

© Померанцев Д.Ю., Ермаков А.А., 2019

УДК62

Серёгин М. С.,

Магистрант 1 курса,

Направления Инновационная деятельность в информационно -

коммуникационной сфере, МПГУ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАТФОРМЫ ARDUINO В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Аннотация

В статье рассматриваются возможности преподавания робототехники как внеурочной деятельности.

~ 62 ~