CC BY
12
удк 62o.i79.i4 А. Н. ГОЛОВЛШ
С. Л. МЕХЕДЬКО В. П. БАХТИН А. В. ШУШАРИН
Центр внедрения новой техники и технологии «Транспорт» МПС РФ
Омский государственный университет путей сообщения
СИСТЕМА ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБОЙМЫ БУКСОВОГО ПОДШИПНИКА НА БАЗЕ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
Рассматривается реализация системы электромагнитной дефектоскопии наружной обоймы буксового подшипника на базе персонального компьютера. Особое внимание уделено особенностям алгоритма работы системы, реализации этих алгоритмов в виде программы ПК, организации электронного документирования контроля. Отмечены некоторые пути дальнейшей модернизации системы.
При проведении технического обслуживания или ремонта сложных систем возникает задача обнаружения дефектов элементов системы и контроля над их развитием при эксплуатации. Оптимальным решением этой задачи является систематическое использование методов неразрушающего контроля.
Такой способ предотвращения нежелательных последствий эксплуатации изделий с дефектами применяется во многих отраслях народного хозяйства. Одной из отраслей, где систематическое использование методов неразрушающего контроля имеет колоссальное значение, является железнодорожный транспорт.
Опытом эксплуатации установлено, что одним из наиболее критических узлов подвижного состава являются буксовые подшипники [1]. Поэтому особое внимание во время проведения планового ремонта колесных пар должно уделяться дефектоскопирова-нию деталей подшипников.
Основная задача дефектоскопирования — это поиск отличий контролируемой детали от нормы, а именно:
— нарушений поверхности деталей (трещин, сколов, выбоин);
— нарушений геометрии поверхностей;
— внутренних дефектов (полостей, внутренних трещин, нарушений кристаллической решетки);
— изменений структуры материалов (наклепов).
Эффективность дефектоскопирования в основном
определяется двумя факторами: уровнем механизации и автоматизации производства и квалификацией работников. Следовательно, повышать эффективность неразрушающего контроля подшипников можно двумя путями, причем наиболее перспективным считается внедрение устройств автоматизации про-цессадефектоскопирования [2].
Существующие приборы дефектоскопирования деталей подшипников в большинстве случаев не могут заменить квалифицированного специалиста из-за низкой надежности их показаний. Это обусловлено несколькими причинами:
— использование несовершенных методов неразрушающего контроля уменьшает принципиальную возможность обнаружения дефекта;
— использование аналоговых методов обработки сигналов, чувствительных к внешним помехам, существенно снижает достоверность показаний;
— отсутствие возможности изменения параметров дефектоскопирования уменьшает гибкость работы прибора.
Недостатки существующих приборов были учтены при разработке устройства для дефектоскопирования деталей подшипников (далее ЭДП). Поэтому в ЭДП внедрена Цифровая обработка данных и используется более совершенный метод неразрушающего контроля.
Традиционно, в дефектоскопах поверхностей металлических изделий, используются разновидности вихретокового метода неразрушающего контроля [3]. Часть таких приборов основана на измерении частоты колебательного контура генератора, индуктивность которого определяется индуктивностью накладного вихретокового преобразователя (ВТП). ВТП представляет собой одну или несколько катушек индуктивности, торец которых подводится к поверхности контролируемого изделия. Любое существенное изменение структуры металла под датчиком ведет к изменению комплексного сопротивления катушки индуктивности, а значит, и к изменению частоты колебательного контура. Таким образом, установив пороговое значение приращения частоты, можно говорить о наличии или отсутствии дефекта.
Немалая доля приборов вихретокового контроля построена на этом принципе. Однако такие приборы одинаково реагируют как на дефекты, так и на изменение зазора между датчиком и поверхностью изделия. Причина в том, что данный метод учитывает только изменение частоты колебательного контура и игнорирует его характер. Таким образом, пользуясь этим методом, невозможно отличить дефект от зазора и один вид дефекта от другого.
В разработанном устройстве использован более совершенный метод неразрушающего контроля [4], способный отличать изменение зазора от появления дефекта и в некоторых случаях различать виды дефектов. Этот метод предполагает использование колебательного контура с изменяемыми параметрами, что позволяет наблюдать за изменением частоты на разных участках спектра. Совместив и определенным образом обработав показания на нескольких частотах, можно с большей достоверностью отличать зазор от дефекта.
В зависимости от вида дефектоскопируемой детали используют различные вихретоковые преобразователи. При дефектоскопировании наружного кольца подшипника наиболее эффективны накладные ВТП.
ВТП формируются в два блока датчиков для де-фектоскопирования наружной и внутренней поверхностей детали. Каждый блок датчиков содержит четыре накладных ВТП, которые располагаются по периметру сечения кольца. Выбор количества ВТП обусловлен необходимостью перекрытия всего периметра кольца и соотношением диаметр ВТП / размер обнаруживаемого дефекта.
Дефектоскопирование всей поверхности кольца осуществляется при перемещении детали относительно неподвижных датчиков. Механическое перемещение детали реализуется с помощью сканера.
Сканер состоит из устройства для вращения детали, блоков датчиков и аппаратуры управления электроприводом. Перемещение детали относительно датчиков происходит за счет вращения приводного ролика. Управление вращением осуществляется микроконтроллером. Контакт датчиков с поверхностью детали реализован с помощью механизма прижима. Конструкция сканера имеет несколько модификаций и определяется конфигурацией и размерами деталей каждого типоразмера подшипника, подлежащего контролю.
Одним из недостатков многих устройств дефекто-скопирования является обработка информации в аналоговой форме. Это заметно увеличивает зависимость надежности показаний устройства от уровня внешних помех. При разработке ЭДП особое внимание уделялось уменьшению такой зависимости. Поэтому разработанное устройство максимально использует цифровые методы обработки информации.
Основным управляющим элементом, который полностью определяет порядок работы прибора, является персональный компьютер. Он посылает команды микроконтроллеру, который, в свою очередь, непосредственно управляет всеми блоками устройства. Для организации связи устройства и персонального компьютера выбран интерфейс 1*3-232. Преимуществами этого интерфейса являются его наличие в базовой конфигурации любого 1ВМ-совместимого компьютера и возможность передачи данных на достаточно большие расстояния (до 15 метров).
Алгоритм работы устройства представляет собой следующую последовательность действий.
Начало дефектоскопирования инициализируется программой компьютера, когда пользователь, установив обойму подшипника в сканер, нажимает кнопку старта процесса дефектоскопирования. Компьютер посылает команду о начале контроля и переходит в режим приема данных от микроконтроллера.
Микроконтроллер, получив такую команду, сигнализирует сканеру о начале вращения детали. Время вращения зависит от заданного количества полных оборотов детали. По умолчанию обойма должна совершить три оборота (опытом эксплуатации такое значение было определено как наиболее оптимальное), но
это значение может быть изменено из программы персонального компьютера.
Одновременно с этим микроконтроллер инициирует процесс опроса датчиков, т.е. процесс оцифровки сигнала. Полученная информация в цифровой форме передается персональному компьютеру, который их сохраняет в памяти и проводит анализ. Остановка процесса контроля происходит либо при достижении положенного числа оборотов, либо по команде пользователя.
Для обработки информации и организации интерфейса пользователя разработано специальное программное обеспечение, работающее под управлением операционной системы Windows.
Программа состоит из трех компонентов, реализующих следующие функции:
— управление процессом дефектоскопирования;
— настройка параметров дефектоскопирования;
— работа с базой данных дефектоскопа.
Каждый из этих компонентов отражен в виде соответствующей вкладки в главном окне программы.
Компонент, представленный вкладкой «Процесс дефектоскопирования» (рис. 1), обеспечивает поточную обработку данных, поступающих от устройства, т.е. непосредственно поиск дефекта. Начало и окончание процесса контроля инициируются командами главного меню. Перед началом дефектоскопирования программа требует ввести номер обоймы, который в дальнейшем используется для сохранения результатов в базе данных.
Для локализации дефекта окружность обоймы разбивается на восемнадцать секторов, а положение дефекта в сечении обоймы определяется номером датчика. Результат поиска дефектов отображается в таблице «Наличие дефектов» индивидуально для каждого сектора.
Для настройки ЭДП используется вкладка «Параметры дефектоскопирования» (рис. 2), Этот компонент позволяет определить порог срабатывания для каждого датчика, количество полных оборотов обоймы при дефектоскопировании, разрешить или запретить звуковую сигнализацию при обнаружении дефекта. Порог задается в процентах от эталонного значения, вычисляемого при настройке на деталь. Максимальное значение порога 30%, минимальное 5%.
Компонент «База данных дефектоскопирования» (рис. 3) — существенное дополнение ЭДП по сравнению с аналогичными приборами. Этот компонент обеспечивает доступ к базе данных, записи которой создаются автоматически при завершении процесса контроля. Каждая запись содержит следующую информацию:
— код пользователя;
— номер обоймы;
— дата и время дефектоскопирования;
— продолжительность дефектоскопирования;
— количество полных оборотов детали;
— порог срабатывания для каждого датчика;
— информация о наличии дефектов в каждом из секторов.
Все записи базы данных доступны для просмотра, но недоступны для редактирования. Единственная возможность пользователя исправить допущенную им ошибку — это удалить всю запись целиком и провести дефектоскопирование снова. Запрет на редактирование записей базы введен для исключения возможности фальсификации результатов дефектоскопирования.
Эти данные хранятся в БД персонального компьютера в течение времени, заданного пользователем (не
Устройство,для дефектоскопии наружного «рльца гтодшипн^на 4.
Система Параметры Навигация справка
("Процесс дефектоскопии )| Параметры дефектоскопии { База данных дефектоскопии |
Расположение дефекта
: Наличие дефектов
Сканируемый сектор
Растюлажение датчиков
|Дефект ¡Нет дефектов Нет дефектов Мет дефектов Нет дефектов Нет дефектов Нет дефектов Нет дефектов Нет дефектов Датчик 3,
Информация о процессе контроля.....
Номер обоймы: 16545Е
Дефвктосхопируемый сектор: 14
Угол поворота детали (град): 636
Количество дефектов: Время дефектоскопии (сек).
Сектора Сектор N«3 Сектор N4 Сектор Сектор №8 Сектор №7 Сектор №8 Сектор №9 Сектор N"10 Нет дефектов
3
' 15
Рис. Вкладка «Процесс дефектоскопирования»
Устройство для дефектоскопии наружного кольца подшипника
Система Параметры навигация Справка ; в»
Процесс дефектоскопии | Параметру дефектоскопии^! Ба'эо донных дефектоскопии |
' Пороговые значения (в % от эталоно) .......
23% Порог датчике 2: 25%
Порог датчика!:1
1 Порог датчика 3:; г,.,.; 22Н 1 Порог летчика 4:; J 20%
!.....;.......;...,!, ....... г----------- ~ Г
Порог датчика 5:! гг% Порог датчика 6: ггл,
< 1 ,1
Порог датчика 7:; 1994 Порог датчиков:
Другие параметры
Число оборотов детали; V"]
Г Звуковая индикация дефекта ¡7 Сообщение о дефекте
Р" Сохранять результаты контроля
Рис. 2. Вкладка «Параметры дефектоскопирования»
1 Устройство для дефектоскопии наружного кольца подшипника
система Параметры Навигаций Справка
РФ & Ф
Процесс дефектоскопии | Параметры дефектоскопии [База донных дефектоскопии]] Запись акто дефектоскопии Номер акта: Имя пользователя: Номер обоймы: Датой время дефектоскопии:
;Петров
102.06.2002 20:23:58
Продолжительность дефектоскопии: Количество обнаруженных дефектов: Угол поворота детали:
Г"....... ""26 I* Э [ "Тово
Расположение дефектов (сек тор-датчик):
¡9-3; 12410-1: " " " ' ' Пороговые значения (в % от эталона):
Порог датчика 1: | 2? Порог датчика 3: | '¡>2 Порог датчике 5: \ 22 Порог датчике 7: [ {9
Порог дотчика 2: Г 25 Порог датчика 4: | ¿0 Порог датчика 6: | '27 Порог датчика 8: Г ¿5
Уделить
90
Рис. 3. Вкладка «База данных дефектоскопирования»
менее одного года), и могут быть извлечены по первому требованию пользователя. Минимальное время хранения данных, определено исходя из того, что наибольшее число отказов подшипников после ремонта приходится на первый год эксплуатации.
Согласно результатам проведенных эксплуатационных испытаний, внедрение ЭДП позволяет:
- уменьшить время, затрачиваемое на дефек-тоскопирование детали на 40%;
— увеличить надежность результатов контроля на 0,7%;
- организовать электронное документирование результатов неразрушающего контроля и оперативный доступ к имеющейся информации;
— сформировать с помощью базы данных образ неисправности обоймы подшипника, что поможет определить направление профилактических мероприятий.
Кроме этого, в дальнейшем намечается ряд экспериментов направленных на выявление корреляционной зависимости между сигналом вихретокового датчика и наработкой деталей подшипников. Опираясь на результаты этих экспериментов, планируется разработать систему электромагнитной дефектоскопии буксовых подшипников с возможностью прогнозирования остаточного ресурса.
Литература
1. Петров В.А., Цюренко В.Н. Надежность роликовых подшипников в буксах вагонов, — М., Транспорт, 1982.
2. Головаш А.Н., Щапин Ю.С. Совершенствование технологии ремонта подшипников в вагонных и локомотивных депо: Сб. научн. трудов / ОмГУПС. Омск, 2000.
3. Макарин B.C. Средства неразрушающего контроля отливок. — М.,Высш, школа, 1988.
4. Головаш А.Н., Катин М.В. Способ электроиндукционной дефектоскопии материалов. Патент РФ № 2159425, МКИ GO 1 N27/82.
ГОЛОВАШ Анатолий Нойович, начальник Центра внедрения новой техники и технологии «Транспорт» МПС РФ.
МЕХЕДЬКО Сергей Анатольевич, начальник отдела автоматизации.
БАХТИН Владимир Поликарпович, начальник отдела связи.
ШУШАРИН Алексей Владимирович, аспирант ОмГУПС.
Книжная полка
Издательство «Бестселлер» в июне 2003 года выпустило книгу «Имитационное моделирование в среде GPSS» (Авторы: В.ТомашевскийиИ. Жданова).
Книга восполняет дефицит литературы по данной тематике. Последним «союзным» многотиражным изданием была известная книга [Шрайбер Т. Дж. Моделирование на GPSS. -М.: Машиностроение, 1980].
Новая книга рассказывает о методах имитационного моделирования и его применения в науке, технологиях, бизнесе, Приведено описание языка GPSS и секретов его эффективного использования для моделирования сложных систем. Для преподавателей вузов книга будет интересна и большим количеством заданий для самоподготовки и курсовых проектов.
Познакомиться с книгой и сделать заказ со скидкой можно на сайте www.sharebook.ru/ gpss.
Об авторах:
Томашевский Валентин Николаевич - профессор Национального технического университета «Киевский полите-х-нический институт» (НТУУ «КПИ»), Окончил в 1974 г. КПИ. защитил канлилатгкую MQRlr.U докторскую (1996 г.) диссертации В области имитационного моделирования. Разработчик интерактивных систем моделирования ИСИМ. Ig? 2000, транслятора языка GPSS AQ.5 л ля W.mrinws. по имитационному моделированию [www.
---rj ,,Д) Артпр Аплое .SO нау»»»у работ в этой области, среди КОТОРЫХ 4 учебных
пособия. С 1Q74 г. занимается прлдгоги^р^ой деятельностью: основные дисциплины «Моделирование систем». «Молелтт™ян"р и прогнозирование бизнед-пррцессов», «Имитационные проекты».
Жданова Елена Григорьевна - доцент НТУУ "КПИ". Окончила в 1977 г. КПИ, защитила кандидатскую диссертацию в 1988 г. в области теории расписаний. Педагогической деятельностью занимается с 1984 г. Соавтор двух учебных пособий по имитационному моделированию.
Вы^УаМШШ^ШИШВ. Томашевский, Е. среде GPSS. Серия «Факультет». М.: Бестселлер, 2003. - 400 с. ISBN 5-98158-004-6
