CC BY
11Система 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 службы 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-
ских (ВКМ) выбраковывается 20 вагонных колес и 75 осей, прошедших ремонт. Все же число не выявленных дефектов с помощью выше перечисленных методов, исключая вибродиагностику, еще достаточно большое, что в отдельных случаях приводит к разрушению колеса и созданию нештатной ситуации. Основной причиной пропуска дефектов является низкий уровень автоматизации. Метод собственных частот полностью автоматизирован и обладает высокой степенью выявления дефектов колеса.
Реализации метода собственных частот предшествовали теоретические исследования и расчеты, результаты которых показали возможность создания системы определения наличия в колесе дефекта. Все расчеты и эксперименты проведены учеными Казанского университета (д. т. н. Ваньков Ю.В., Казаков Р.Б. и др.) и сотрудниками ГЖД (проф.. д. т. н. Славинский З.М.. к. т. н. Ваганов и др.). В результате проведенных исследований был разработан диагностический комплекс, принципиальная блочная схема которого представлена на рис. 1.
Система регистрации
Усилитель
Устройство <— Блок
возбуждения управления
ОБЪЕКТ КОНТРОЛЯ")
Датчик
Система обработки
АЦП
ПЭВМ
Принтер
Рис. 1 Блочная схема измерительного комплекса
Комплекс состоит из системы регистрации и системы обработки сигналов. В систему регистрации входит также устройство укладки исследуемого изделия. Возбуждение колебаний осуществляется ударником маятникового типа. Сила удара регулируется высотой подъема бойка перед ударом. Конструкция ударника обеспечивает его пространственное перемещение в трех измерениях. Сигналы с датчиков колебаний поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и далее в ПЭВМ.
Система обработки сигналов состоит из шестнадцатиразрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и персонального компьютера (ПК). При поступлении сигналов в ПК производится их обработка.
С использованием программ выполняются следующие операции:
- преобразование и запись амплитудно-временных сигналов в цифровой код на заданном временном интервале и в соответствии с установленным интервалом дискретности;
- формирование амплитудного спектра с использованием быстрого преобразования Фурье на определенном временном участке амплитудно-временного сигнала;
- нормализация полученных амплитудных спектров;
- формирование обобщенного спектра контролируемого изделия;
- формирование эталонного спектра с использованием всех исходных спектров контролируемых изделий или спектров только исправных изделий;
- сравнение спектров с привлечением следующих целевых;
- анализ результатов сравнения, выявление дефекта и идентификация вида дефекта.
Для классификации объектов «годный» или «дефектный» по всем выбранным параметрам строятся доверительные интервалы. Разбраковку объектов объединяет подход, характерный для процедур отбраковки аномалий (рис.2): программа анализа интерпретирует совокупность вычисленных значений некоторой статистики (pi, р2,..., р,„) как множество измеренных значений некоторого абстрактного параметра и применяет к этой совокупности значений следующую процедуру:
• вычисляется оценка положения р по изложенной выше процедуре робастно-го взвешивания;
• вычисляется оценка разброса S как MAD относительно оценки положения;
• для заданного уровня значимости ос строится доверительный интервал
где ^а, ш) - а-квантиль распределения Стьюдента с ш степенями свободы.
Разработанный комплекс, программное обеспечение, методики поиска дефекта позволяют проводить диагностику изделий сложной формы и надежно выявлять дефекты различной формы и размеров без перенастройки аппаратуры.
Первоначально было исследовано несколько спектров колес, не имеющих дефектов. По полученным спектрам создан эталонный спектр. Эталонный спектр может быть также получен на основе анализа большого количества всех исходных спектров. Спектры колес, имеющих повреждение сравниваются с эталонным по нескольким признакам. Все признаки связаны с теорией вероятностей и статистикой. В их число входят: площадь спектра и его поддиапазонов, коэффициент корреляции, статистика амплитуд, статистика знаковых рангов Уилкоксона, статистика знаков Фишера, статистика ранговой суммы Уилкоксона и корреляция Спирмена. По всем выбранным параметрам строятся доверительные интервалы. Если параметры контролируемого колеса выходят за пределы доверительных интервалов, программа в автоматическом режиме выдает сигнал тревоги.
p±S-t{\-„ ,m-2),
а
(1)
Статистический критерий
Доверительный интервал эталона
Класс бездефектных объектов
>
Класс дефектных объектов
Объекты контроля-
□ — Бездефектные объекты ■ — Дефектные объекты
Рис. 2 Принцип построения решающего правила "годен-брак'
В соответствии с предложенной схемой был изготовлен стенд для проведения испытаний, схема которого показана на рис. 3.
Для возбуждения затухающих колебаний по колесу (1) наносится дозированный удар с помощью молотка. (3). Молотком наносится 5 ударов по колесу наносится, затем колесо поворачивают на 90 град, и и повторяют процедуру ударов. Процесс колебаний, включая фазу удара, с помощью датчика записывается через АЦП в компьютер. При анализе часть процесса, относящаяся к фазе удара, отбрасывается, а оставшаяся часть процесса колебаний с помощью БПФ преобразуется в спектр.
На рис. 4 показан стенд во время проведения испытаний.
Рис. 4. Стенд в ВКМ для проведения испытаний колес вагонной пары
На рис. 5 показан вид процесса колебаний непосредственно во время нанесения ударов по колесу.
Рис. 5. Вид процесса колебаний после ударов по колесу
1-колесо;
2-датчик.
3-молоток.
Рис. 3. Стенд для испы ганий колеса
На рис. 6 показаны наложенные друг на друга спектры колес, имеющие дефекты и исправные.
О.ч
и,4 ПК
О.э ол оа
0,15
оде о
колесо с дефектом
колесо исправное
у
/ , т
■у. ;'Д. Л ^ ,л. ,ч.
■ ■ '
А,
100 200 300 400 400 ъаз 700 «со
900 1 ООО 1 100 I 20
Рис. 6. Спектры колес исправных и имеющих дефекты
Аналогичное устройство было применено для диагностики осей (рис. 7). По торцу оси наносилось пять ударов, возникающие при этом звуковые сигналы регистрировались направленным микрофоном и заносились через АЦП в ПК. где проводился анализ состояния оси. Проведенные экспериментальные исследования показати. что для оси не требуются повороты на 90 град., как для колеса.
Рис. 7. Стенд для испытаний осей вагонной пары
Результаты работы показали возможность использования статистических методов обработки результатов для проведения акустической диагностики колес и осей грузовых вагонов. Использование ПК для обнаружения дефектов исключает присущие ручному контролю субъективные ошибки, а также позволяет получать документ в виде диаграммы записи результатов контроля, содержащий все необходимые сведения о количестве, размерах, форме и расположении дефектов.
С помощью виброакустического метода за год было выбраковано 130 осей и 35 колес по основному браку, т. е. из-за наличия трещин. Таким образом, предложенный метод оказался более эффективным, чем ультразвуковой, который до этого использовался.
APPLICATION OF THE METHOD OF OWN FREQUENCIES FOR THE CONTROL OF CARLOAD AXES AND WHEELS ON GZHD
A. O. Vaganov, A. D. Zvyagin, Z. M. Slavinskiy
In clause application of a method of own frequencies at enterprise GZHD (VKM) where repair of wheels of cars is made is considered. The method of own frequencies concerns to not destroying quality monitoring. Its feature is simplicity of application and, the main thing, the decision on presence of defect in a wheel is accepted without participation of the person. This method uses computer technologies, i.e. processing of results of tests is made under the special program in which there is an analysis and comparison
УДК 625.032.435.001.42:681.322-181.4
А. Д. Звягин, д. m. н., профессор, ВГАВТ.
603003, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5. E-mail: [email protected]. А. О. Ваганов, к. т. н„ зам. ген директора ЗАО «Дорожный центр внедрения». 603011, Нижний Новгород, ул. Октябрьской революции, 67. E-mail: [email protected].
К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГАУССА И ВЕЙБУЛЛА К РАСЧЕТУ ДОПУСКАЕМЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВИБРОДИАГНОСТИКИ
В статье рассматривается применение законов распределения для расчета пороговых значений параметров для вибродиагностики механического состояния подвижного состава железнодорожного транспорта. Рассматривается соответствие экспериментальных распределений теоретическим законам. Аппроксимация закона распределения Вейбулла. Алгоритм расчета допускаемых значений параметров вибродиагностики с применением законов распределения Гаусса и Вейбулла.
В настоящее время при обработке статистических данных вибродиагностики для расчета допустимых значений параметров вибродиагностики, как правило, применяется нормальный закон распределения (Гаусса). Однако многие исследователи отмечают, что распределение максимумов чаще всего отвечает закону распределения Вейбулла [1]:
/(*) = -*-(*-*,)'-'*" * • (1) Х()
(а-.*,)'
—Г~ (2)
F{ х) = 1-е х" '
ill
