CC BY
16УДК 625.032.435.001.42:681.322-181.4
А. Д. Звягин, д. т. н., профессор, ВГАВТ
603003, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5. E-mail: der(a),aqua-sci. ппоп. ги. М. Н. Букин, к. т. н., начальник службы научно-технической политики УГЖД 603011, Нижний Новгород, ул. Октябрьской революции, 67. E-mail: [email protected].
К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ КОЛЕСНО-МОТОРНЫХ БЛОКОВ ЛОКОМОТИВОВ
В статье рассматривается один из вариантов бортовой системы локомотива для обнаружения дефектов п колесно-моторных блоках на ранней стадии развития. Система предназначена для обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта.
Существующие системы вибродиагностики колесно-моторных блоков (КМБ) локомотивов предназначены для обнаружения механических дефектов во время проведения профилактических ремонтов. Считается, что эта мера позволяет надеется на то, что за пробег локомотива между профилактическими ремонтами ни один из контролируемых дефектов не достигнет опасного уровня, который может привести к нештатной ситуации. Однако, такая мера полной гарантии безопасности движения не дает. Поэтому для исключения возникновения аварийного состояния необходим непрерывный мониторинг механического состояния и температуры КМБ.
Для решения этой задачи необходимы надежные методы диагностики механического состояния тех частей подвижного состава, от которых зависит безопасность движения.
Анализ нештатных ситуаций, возникающих при движении локомотива, показал, что их основными причинами являются: разрушение подшипников и колес редуктора колесно-моторных блоков (КМБ). КМБ состоит из колесной пары с буксами, в которых установлены по два подшипника, тягового двигателя, в котором установлены моторно-якорные подшипники и редуктора.
Наиболее частой причиной вывода локомотива из эксплуатации является нагрев буксы колесной пары, вызванной дефектом буксовых подшипников. Следующей причиной является износ (разрушение) зубьев редуктора КМБ. К тяжелым последствиям приводит заклинивание якоря тягового двигателя, связанное с разрушением опорных подшипников якоря. Реже встречаются износ колеса (ползуны, трещины) и трещины в осях колесных пар.
Выявить эти разрушения на самой ранней стадии возможно только с помощью непрерывного контроля параметров, отражающих эти повреждения. Исследования показали, что наиболее эффективными являются методы компьютерной вибродиагностики, а для выявления нагрева, контроль температуры с помощью термопар, установленных на буксах, сигналы с которых непрерывно передаются в компьютер.
В качестве прототипа бортовой системы вибродиагностики была принята система, с помощью которой проводится вибродиагностика в локомотивном депо. Чтобы убедиться в том, что она может служить прототипом, были проведены специальные испытания локомотивов на ходу.
Программа испытаний предусматривала запись сигналов с датчика, установленного на буксу также как и при проведении вибродиагностики в локомотивном депо, при движении локомотива с различной скоростью и последующим анализом этих записей. Испытания проводились на электровозах ВЛ-80С и тепловозе ЧМЭ-3.
73.329пки «79. ОП На
260 Н1
Рис. 1. КМ Б ВЛ-80' при ТР-1 (200 об/мин) ЦИК
4М .2влки 370. ОП
380 Нх
Рис 2 КМБ ВЛ-80С на ходу (60 км/час)
Очевидно, что анализ обоих спектров на поиск максимумов ускорений в заданных диапазонах частот вполне возможен.
10.402 пи 29. ООО К2
О.ОООг*кИс
Рис. 3. КМБ ВЛ-80' при ТР-1 (200 об/мин)
.......;......' ! "Т """!........ ; .......Г.......:.....:.......
• А ■ | ! :
! т нац. кол. оуксы
ролцк 7.1' Л______1.......
внутр. тп
[ ([;
Г я ищ (г\ шс
* 1 : ]■■■ 4-у
// ; • лА А....
* «с н* ее Н1
Рис 4. КМБ ВЛ-80' на ходу (70 км/час)
Результаты сравнения приведены ниже. На рис. 1 показан фрагмент спектра, полученный при ТР-1, в котором выделяется пик, соответствующий 1-ой гармонике колеса редуктора. Действительно, это легко проверить: частота вращения п=200 об/мин, число зубьев колеса г,=88, тогда по формуле 11.1 88*200/60=283 Гц, что мы и видим в приведенном ниже спектре.
Для того, чтобы убедиться в том, что при движении локомотива также можно найти амплитуду ускорения, относящуюся к колесу редуктора, сравним приведенный фрагмент спектра с другим, полученным на ходу. На рис. 2 показан фрагмент спектра, полученный при движении локомотива со скоростью 60 км/час. Для этой скорости расчетная частота 1-ой гармоники колеса редуктора равна 374 Гц и, практически, совпадает с частотой, полученной в спектре.
Аналогичные результаты были получены при сравнении других фрагментов спектра, содержащих пики амплитуд других деталей КМБ. На рис. 3 показан фрагмент спектра, содержащего частоты, относящиеся к подшипнику буксы. Этот спектр получен при проведении ТР-1 в локомотивном депо, а на рис. 4 фрагмент спектра, полученного на ходу и также содержащего частоты, относящиеся к подшипнику буксы.
Для контроля на ходу были выбраны параметры, которые можно достаточно надежно находить в спектре и идентифицировать. В таблице 5 приведен перечень параметров, подлежащих контролю на ходу. Для того, чтобы иметь возможность определять и идентифицировать пики амплитуд ускорений на ходу необходимо знать в каждый момент времени диапазоны частот, соответствующих тому или иному дефекту. Эти диапазоны рассчитываются по известным формулам в зависимости от скорости движения.
Таблица 5
№№ Дефекты
1 Повреждение ролика подшипника буксы
2 Повреждение наружного кольца подшипника буксы
3 Повреждение внутреннего кольца подшипника буксы
4 Повреждение ролика подшипника э/дв
5 Повреждение наружного кольца подшипника э/дв
6 Повреждение внутреннего кольца подшипника э/дв
7 Пересопряжение колес редуктора
8 Повреждение колеса редуктора
9 Повреждение шестерни редуктора
Таким образом, на каждой буксе локомотива должны устанавливаться датчик вибрации и термопара. На рис. 5 показана схема установки датчиков на буксу колеса КМБ.
Рис. 5. Схема установки датчиков на буксу: 1 - датчик вибрации; 2 - термопара, 3 - АЦП; 4 - компьютер.
Система состоит из следующей аппаратуры:
- пъезодатчики вибрации по числу букс локомотива;
- датчики температуры (термопары) по числу букс;
- четыре 4-х канальных усилителя заряда для BJI-80C и два 6-ти канальных усилителя заряда для остальных локомотивов;
- четыре 4-х канальных усилителя сигналов термопар для BJ1-80C и два 6-ти канальных усилителя для остальных локомотивов;
- АЦП с числом каналов, соответствующим числу датчиков вибрации и термопар. плюс один канал для датчика скорости;
- промышленный компьютер, защищенный от электромагнитных полей электровоза (тепловоза);
- сигнализатор.
Аппаратура должна устанавливаться вне кабины машиниста, так как кабина достаточно насыщена контрольно-измерительными приборами. В кабине машиниста устанавливается сигнализатор, который имеет панель с лампочками по числу букс и кнопкой сброса. Если система обнаружит какой-либо опасный дефект, то загорится лампочка с номером того КМБ, в котором этот дефект или превышение температуры будет обнаружено.
ТО THE QUESTION ABOUT BOARD SYSTEM CREATION FOR DIAGNOSTIC WHEEL-MOTOR BLOCKS OF THE LOCOMOTIVES
A. D. Zvyagin, M. N. Bukin
In clause one of variants of onboard system of the locomotive for detection of defects in motor blocks at an early stage of development is considered. The system is intended for good
safety movements of a railway transportation
УДК 625.032.435.001.42:681.322-181.4
А. О. Ваганов, к.т.н. зам. ген. директора ЗАО «Дорожный центр внедрения» 603011, Нижний Новгород, ул. Октябрьской революции, 67. E-mail: [email protected]. А. Д. Звягин, профессор, д.т.п., ВГАВТ.
603003, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5. E-mail: der(a),aqua-sci.nnon.ru. 3. М. Словинский, д. т. н., профессор, зам. начальника счужбы НТП ГЖД. 603011, Нижний Новгород, ул. Октябрьской революции, 67. E-mail: [email protected].
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВАГОННЫХ ОСЕЙ И КОЛЕС НА ГЖД
В статье рассматривается применение метода собственных частот на предприятии ГЖД (ВКМ). где производится ремонт колес вагонов. Метод собственных частот относится к перазрушаюа1им методам контроля. Его особенностью является простота применения и. главное, решение о наличии дефекта в.колесе принимается без участия человека. Этот метод использует компьютерные технологии, т. е. обработка результатов испытаний производится по специальной программе, в которой происходит анализ и сопоставление поученных спектров с эталонными спектрами.
На железнодорожном транспорте широко применяются различные виды неразру-шаюшего контроля, такие как вибродиагностика, магнитопорошковый, феррозондо-вый, вихретоковый и ультразвуковой. В среднем за год в вагонно-колесных мастер-
