автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Акустико-эмиссионная диагностика подшипниковых узлов при ремонте локомотивов



На правгпгрукштиог

ФЕДОРОВ Денис Владимирович

АКУСТИКО-ЭМИССИОННАЯ ДИАГНОСТИКА ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ПРИ РЕМОНТЕ ЛОКОМОТИВОВ

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ПГУПС) на кафедре «Электрическая тяга».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

МАЗНБВ Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент ТРЕТЬЯКОВ Александр Владимирович

кандидат технических наук, доцент БАХОЛДИН Валентин Иванович

Ведущее предприятие - Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор».

Защита состоится «_» января 2006 г. в «_» час,«_» мин. на

заседании диссертационного совета Д 218.008.05 Петербургского государственного университета путей сообщения Министерства транспорта Российской Федерации по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9. ауд. 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Отзывы на работу, заверенные печатью, просим направлять в совет университета.

Автореферат разослан «_» декабря 2005 г.

Ученый секретарь диссертсщионного совета доктор технических наук, профессор

В.А.КРУЧЕК

2.006 f\

5"26 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы '

Обеспечение надежности эксплуатации подшипниковых узлов и зубчатых передач является одной из основных задач системы ремонта подвижного состава железных дорог, их отказы могут привести к сходу подвижного состава, и как следствию, к крушению или аварии.

В последнее время значительно ухудшилось положение с надежностью работы узлов с подшипниками. Доля неплановых ремонтов локомотивов возросла с 7,8% в 2003 г. до 8,1% в 2004 г. Увеличивается число эксплуатационных отказов локомотивов: в 2002г. —3,5 %, в 2003 г. -4,6 %, в 2004 г. — 5,7% от общего числа случаев выхода из строя.

В соответствие с вышеизложенным возникает необходимость систематического контроля за состоянием подшипниковых узлов. Однако, производить периодические их вскрытия для осмотра, демонтировать блоки и машины для ревизии увеличивает трудоемкость и стоимость ремонта, увеличивает время простоя локомотива, тем самым снижая его производительность. Таким образом, периодический контроль состояния всех элементов подшипникового узла целесообразно выполнять без демонтажа и вскрытия путем безразборной диагностики.

Проблемам технической диагностики механических систем и их развитию посвящены работы видных отечественных ученых Клюева В.В., Ковалева А.В, Гурвича А.К, Баркова A.B., Балицкого Ф.Я., Трипалина A.C., Грешникова В.А., Баранова В.М. и многих других.

В период с 1987 г. по 2003 г. в локомотивном хозяйстве появилось более 15 различных типов отечественных и зарубежных приборов диагностики, ранее применявшихся в других отраслях промышленности, однако, результаты эксплуатации показали, что их достоверность составляет порядка 52%.

Таким образом, проблема обоснованного выбора и применения более совершенных методов и приборных средств диагностики является актуальной в настоящее время для железных дорог Российской Федерации.

i рос национальная ] вивлиогем |

! "'та;

1 — 1*

Целью работы является обоснование возможности применения акустико-эмиссионного метода для определения технического состояния и диагностики подшипниковых узлов подвижного состава, для повышения надежности эксплуатации и совершенствования технологических процессов ремонта.

Достижение поставленной цели реализуется решением следующих задач:

- анализ существующих в настоящее время методов мониторинга и диагностики подшипниковых узлов локомотивов;

- оценка особенностей их применения на подвижном составе;

- определение возможности диагностики подшипниковых узлов методом акустической эмиссии;

- разработка математической модели и выявление информативных параметров акустической эмиссии;

- исследование существующих и разработка современных аппаратных средств диагностики для подшипниковых узлов;

- анализ применения результатов диагностики в системе деповского ремонта локомотивов;

- определение перспектив совершенствования и направлений развития систем диагностики.

В основу исследований положены теория машин и механизмов, теория надежности и прогнозирования, методы неразрушающего контроля и диагностики, расчетно—моделирующее математическое приложение Maple версии 9.5 (Waterloo Maple Software).

чная новизна работы заключается в:

- обосновании возможности и целесообразности применения акустико-эмиссионной технологии для диагностики подшипниковых узлов подвижного состава;

-разработке математической модели информативных параметров акустической эмиссии и определении их функциональных зависимостей;

-разработке методики диагностирования и рекомендаций по совершенствованию системы ремонта.

Практическая ценность работы.

В соответствие с результатами анализа и моделирования разработан и внедрен в технологический процесс диагностики локомотивов прибор акустико-эмиссионного контроля — анализатор ресурса подшипников АРП-11 и соответствующее программное приложение. На основании результатов диагностирования предложены рекомендации по ремонту локомотивов и построению бортовой системы диагностики на базе акустико-эмиссионной технологии.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в технологический процесс ремонта локомотивов в базовых депо Октябрьской ж. д., на Ярославском и Челябинском локомотиворемонтных заводах ОАО «РЖД», на предприятиях ГУП «Горэлектротранс» г.Санкт- Петербурга.

Апробация работы

Основные результаты работы обсуждались на научно-технических конференциях, симпозиумах- XVI Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика», г.Санкт-Петербург,2002г.,II, III и IV Международных специализированных конференциях «Промышленный неразрущающий контроль» NTD-2003, NTD-2004, NTD-2005, г.Москва, Международном симпозиуме «Элтранс-2003», г.Санкт-Петербург,2003г.,IV Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава», г.Новочеркасск, 2003г, конференции «Неразрушающий контроль при эксплуатации космической техники», Военно-космическая академия им. Можайского г.Санкт-Петербург,2004г, на заседаниях кафедры «Электрическая тяга» ПГУПСа.

Публикации.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 25 ■ ( ■ печатных трудах, двух свидетельствах на полезную модель.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и шести приложений, изложенных на 176 страницах основного текста, 48 иллюстрациях, 6 таблицах, библиографического списка из 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и ее практическая значимость, определены решаемые при этом задачи, основные положения и обобщенное содержание разделов.

В первой главе произведен анализ причин выхода из строя подшипниковых узлов локомотивов, рассмотрены дефекты и их характеристика.

В зависимости от характера возникновения и развития дефекты подшипников подразделяются на усталостные, коррозионные, износа и взаимодействия, монтажа.

Основными причинами выхода из строя подшипников ввиду усталостных разрушений являются качество металла и его соответствие требованиям стандартов, превышение допустимых |зйсчетных нагрузок, повреждения поверхностей качения при монтаже, несоответствующий условиям эксплуатации смазочный материал, его загрязнение или недостаток, деформация посадочных мест корпуса или вала. Усталостные дефекты Имеют свойства достаточно быстрого развития, обычно повреждение одних деталей ведет к выходу из строя других.

Наиболее частыми причинами появление коррозии подшипниковых узлов подвижного состава являются наличие в смазочном материале воды, попадание агрессивных компонентов через нарушенное лабиринтное уплотнение узла, окисление (старение) смазочного материала, конденсация влаги при перепадах температуры окружающего воздуха в процессе эксплуатации, а также воздействие электрического тока.

Дефекты износа возникают преимущественно ввиду нарушения смазки узла, нарушения уплотнений, несоответствия типа и грузоподъемности применяемого подшипника условиям работы механизма, ударных и вибрационных воздействий.

Значительное количество подшипников выходят из строя ввиду несоблюдения технологии монтажа, как самого подшипника, так и составляющих элементов узла.

На рис 1. представлена обобщенная диаграмма распределения дефектов подшипниковых узлов локомотивов на 1 млн. км пробега.

В большинстве случаев разрушение работающего подшипникового узла происходит после постепенного развития какого-либо повреждения. Своевременное выявление развивающихся или зарождающихся дефектов и принятие необходимых мероприятий позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы, снизить процент неисправных локомотивов, сократить число неплановых ремонтов, предотвратить аварийные и критические ситуации в эксплуатации. Множество дефектов и повреждений возникают и развиваются ввиду нарушения режимов и эффективности смазки.

Во второй главе определены цели и задачи технической диагностики, направления развития, представлен анализ и сравнительная характеристика существующих методов и приборных средств оценки состояния подшипниковых узлов локомотивов. Представлены показатели и характеристики различным методов диагностирования. Сформулированы требования к диагностическому обеспечению подшипниковых узлов.

Для мониторинга и диагностики технического состояния подшипниковых узлов применяются: акустический метод, диагностика по общему уровню вибрации, методика диагностирования узлов по спектрам вибрационных сигналов, диагностирование по спектрам огибающих, метод ударных импульсов, метод акустической эмиссии (рис.2).

С целью оптимальной организации процесса диагностирования устанавливается комплекс технических решений и мероприятий по диагностическому обеспечению, определяющих приспособленность агрегата или устройства к обнаружению неисправностей методами неразрушающего контроля, в который включаются конструктивные особенности и доступность узлов, номенклатура диагностических параметров, методы диагностирования, средства технической диагностики, правила диагностирования, регистрация результатов диагностирования.

Для сравнения различных систем диагностики, используются показатели эффективности (таблица!).

Буксовые узлы Подшипниковые узлы тяговых редукторов

Подшипниковые узлы тяговых двигателей Моторно-осевые подшипники

(Г}-Усталостные дефекты [Т)-Коррозионные дефекты |У]-Дефекты износа |Т]-Дефекты монтажа Рис.1. Диаграмма распределения дефектов подшипниковых узлов локомотивов на 1 млн.км линейного пробега

я

к

н о о и

и ^

5

«

О 09 К н о 2

< ь*

« О

н ч и

4 05 И О рм ьи ел

аз Я

Н <

Р* ■<

С И

с

X

ив

ей о ы

Л

БЗ «д

3 ее

ЧО О С н

ы

МЕТОД АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Метод основан на регистрации, выделении и ана.мпе информаз ивных параметров акустнко-эмнссионного сигнала> ма в частотном диапазоне 20-300 кГц

ИРП-12, АРП-11

МЕТОД УДАРНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Метод основан на регистрации и анализе вибрационных параметров в узкополосном ультразвуковом диапазоне Г=28-32кГц

795 М. 77Д11

МЕТОД ДИАГНОСТИКИ ПО СПЕКТРАМ ОГИБАЮЩЕЙ

Метод основан на выделении и спектральном анализе огибающей вибрационного сигнала

РЬ-36, Р-2525, ВЕКТОР-2000, КПА-1В, ОМДС-1, ПРОГНОЗ-1.СПЕКТР-07

ДИАГНОСТИКА ПО СПЕКТРАМ ВИБРОСИГНАЛОВ

Метод основан на анализе спектральных составляющих вибросигнала

ПРИЗ-НОМ, АДП-3101, АЛ-2-3

ДИАГНОСТИКА ПО ОБЩЕМУ УРОВНЮ ВИБРАЦИИ

Метод основан на измерении параметров и вибрационных характеристик узла

ЪУ-2, У|Ьо Уыо, ВВМ-201,Корсар+,ВТБ-2М

АКУСТИЧЕСКИИ МЕТОД

Метод основан на измерении интенсивности звукового давлении 1енернрусмого и.шн

ПИК-1М. ВШВ-003-М2.СМУР

Таблица 1

Показатели эффективности средств диагностики

Достоверность диагноза Оперативная продолжительность диагностирования Оперативная трудоемкость диагностирования Стоимость диагностирования

Ш ^ й т к (=1 /=1 1=1 /=1 т к ___ Сб^Р^Сп 1=1 /=1

Ру - вероятность ошибок диагностирования, т.е. вероятность того, что объект находится в ¡-м состоянии, а в результате диагностирования он определяется в ^м состоянии; т - число состояния объектов диагностики; Тц- продолжительность диагностирования ОД, находящихся в состоянии / при условии, что ТСД находится в состоянии <; Рр - априорная вероятность нахождения ОД, в состоянии /; Бц - трудоемкость диагностирования ОД, находящегося в состоянии /, при условии, что ТДС находится в состоянии /. С//-стоимость диагностирования ОД, находящегося в состоянии /, при условии, что ТСД находится в состоянии /. 1 | 1 1 1

Третья глава посвящена рассмотрению метода акустико-эмиссионного контроля, определению основных информативных параметров, построению и исследованию математической модели акустической эмиссии.

Акустическую эмиссию (АЭ) определяют как излучение объектом механических упругих волн, вызванное динамической локальной перестройкой его внутренней структуры и взаимодействием составляющих. Акустико-эмиссионный сигнал характеризуется информативными параметрами, представленными в таблице 2.

Таблица 2

Информативное содержание параметров акустической эмиссии

№ п/п Параметр акустической эмиссии Информативное содержание

1 Скорость счета Определяет наличие дефекта

2 Амплитуда Определяет относительную величину дефекта и интенсивность дефектообразования

3 Амплитудное распределение Определяет характер дефекта

4 Спектральная плотность Определяет эффективность смазки узла

5 Энергия акустической эмиссии Определяет наличие дефекта и интенсивность его развития

6 Удельная скорость счета Характеризует процессы в переходных режимах

7 Удельная мощность Характеризует процессы при трении скольжения

Для моделирования параметров акустической эмиссии составлены уравнения (1)-(10):

При взаимодействии контактирующих поверхностей в подшипнике происходит деформация областей, находящихся в контакте. Энергия Е, выделяемая при этом определяется равенством

оо эи

Е = р2(/)Л = А2 |и2(/)А - А2т,

(1)

где х- эффективная длительность импульса. А- амплитуда импульса.

^-акустико-эмиссионный сигнал, регистрируемый датчиком прибора или комплекса;

м(?)-функция, описывающая форму сигнала АЭ. На практике для расчетов энергии акустической эмиссии используется выражение

„ Ш5М4 5

где М- контактный модуль Герца, характеризующий свойства материалов в зоне контакта элементов;

В—коэффициент, зависящий от кривизны в зоне контакта элементов;

р—контактное давление элементов. Эффективная длительность акустико-эмиссионного импульса т при взаимном перемещении элементов подшипникового узла поверхностей, в течение которого происходит деформация контактирующих поверхностей, определяется равенством

_ ЪкМ р

где v- скорость относительного перемещения элементов. Акустическая эмиссия, регистрируется при помощи пьезоэлектрических преобразователей с коэффициентом преобразования Кэм, при этом ак>стический импульс с энергией Е приводит к появлению на преобразователе диагностического прибора электрического сигнала с энергией Е ,= Кэм • Е, амплитуда которого, определятся выражением

А = (К,„Е!тГ.

(4)

С учетом равенств (1), (3), (4) амплитуда акустико-эмиссионного сигнала определяется выражением

А = 4О

г \ш

\"о у

Ро

(5)

где ро~ давление в точке контактов элементов качения, принимаемое за базовое, определяемое равенством (6);

V(r скорость относительного перемещения элементов узла, принимаемая за базовую.

Ао-амплитудный коэффициент, определяемый соотношением (7).

Ро =

< Зя- J м

А0=К

ЪтггКэм\2\а\

ч!/2

80 М

(6)

(7)

где С)- среднеквадратическое отклонение случайных функций г,(г), описывающих контактное взаимодействие элементов.

Амплитудное распределение АЭ сигнала м>(А) описывается уравнением

Л. Л

1/2

м>(А) =

А0

хехр<

г \"2

сг,

/2/7 к (9)

где С- постоянная измерительной системы;

^-величина определяющая конструктивные особенности узла; <1-среднее расстояние между контактирующими поверхностями элементов.

При взаимном перемещении элементов подшипникового узла их номинальная площадь касания за единицу времени изменяется на величину Ь, при этом скорость счета импульсов АЭ определяется выражением (10)

где No- коэффициент, определяющий число импульсов АЭ, излучаемых с одного пятна контакта в подшипниковом узле;

F/Fcr параметр характеризующий относительную силу прижатия элементов узла.

На основании уравнений (1)-(10) в среде Maple версии 9.5 (Waterloo Maple Software) разработана расчетная программа и получены зависимости информативных параметров акустической эмиссии от частоты вращения и нагрузки узла, а также характеристики АЭ в различных условиях смазки (рис.3-6), из анализа которых следует:

—с увеличением частоты и нагрузки узла возрастает число пятен фактического контакта в единицу времени при сокращении времени взаимодействия микровыступов контактирующих поверхностей, что приводит к линейному росту скорости счета импульсов АЭ, а как следствие, к росту выделяемой при этом энергии;

—вид спектральной плотности существенно зависит от эффективности смазывающего состава подшипникового узла (рис.6). При нарушении смазывающих свойств наблюдается значительный рост амплитудных составляющих в диапазоне 20-300 кГц, что обуславливает выбор частотного диапазона при разработке анализатора ресурса АРП-11.

Экспериментальные исследования выполнены на типовом стенде для обкатки колесных пар локомотивов А1894.00.01 ПКБ ЦТ, параметры акустико-эмиссионного сигнала регистрировались при помощи анализатора ресурса подшипников АРП-11 с применением прибора РИФ-МИФИ.

Na3'10"3, имп/с

100 80 60 40 20 0

I 1 1 1 1 1 1 1 1 —расчетные зависимости ---экспериментальные зависимости у

4 г

7

'1У

i 19

Na3"10 , имп/с

00 120 100 80 60 40 20 О

-i 4 и 5 iifH

И!

TR -3 _1 J5-" S4S -

И 1.1

О 50 100 150 200 250 300 350 400

п, об/мин

Рис.3,а. Зависимость скорости счета акустической эмиссии от частоты вращения узла

А , мкВ

А , мкВ

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 п= 150 об/мин р,кН

Рис.3,б. Зависимость скорости счета акустической эмиссии от нагрузки узла

80

50 40 30 20 10 0

Л i

_4 3_ ■ S— —Jl

W ¡¡3 16

'ZA

- i

¡5 30

К

(

г

s 1"

г 1

0 50 100 150 200 250 300 350 400

п, об/мин

Рис.3,в. Зависимость амплитудного значения акустической эмиссии от частоты вращения узла

70 60 50 40 30 20 10 0

/ ь J /

r-

rf» > 1 61

i af rfT "i" ie И

.32 17 41

.30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 п=150 об/мин р,кН

Рис.3,г. Зависимость амплитудного значения акустической эмиссии от нагрузки узла

О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

f,KTu

n=300 об/мин, F=50 кН

Рис.6,а. Спектральная плотность акустико-эмиссионных сигналов при работе подшипникового узла без смазки

G(w)

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

А

-н + + ill 1 III + + * + + У V 5 i * 4 i г

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 п=300 об/мин, F=50 кН f.кГц

Рис.6,в Спектральная плотность акустико-эмиссионных сигналов при работе подшипникового с недостатком смазки

f ,кГц

n=300 об/мин, F=50 kH

Рис.6,б. Спектральная плотность акустико-эмиссионных сигналов при работе подшипникового узла со смазкой

А л

1) L"

О 150 300 450 600 750 900

п=300 об/мин. F=50 кН f ,кГц

Рис.6,г. Спектральная плотность акустико-эмиссионных сигналов при работе узла с нарушением смазочных свойств

Е 10"2, мВ

л, об/мин

Рис.4,а. Зависимость энергии акустической эмиссии от частоты вращения узла

А мкВ

Рис.5,а. Зависимость амплитудного распределения от частоты вращения узла

ЕЮ". мВ

30 25 20 15 10 5 0

< 7

Я, л к 5

5, 1/

9 Л- 1-1:

'Ч —1 -■в

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

п=150 об/мин р^

Рис.4,6. Зависимость энергии акустической эмиссии от нагрузки узла

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О

Л" 1= 01 и

г/. п — я= *0 <и

у Ч V п --71 к1

1 < 1 - И «.1 Н>1 н

.и! 5 \

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

А чкВ

Рис.5,б. Зависимость амплитудного распределения от нагрузки узла

В четвертой главе рассмотрены аппаратные средства диагностики на основе метода акустической эмиссии. Рассмотрена классификация, параметры и требования к аппаратуре. Представлен разработанный диагностический прибор — анализатор ресурса подшипников АРП-11 и соответствующее программное приложение.

Анализатор АРП-11 создан на современной элементной безе ведущих компаний мира, использует для установления диагноза основные информативные параметры АЭ (скорость счета, амплитуда, амплитудное распределение, спектральная плотность, энергия, удельная скорость счета и удельная мощность), предоставляет возможность работы в режимах «измерения и анализ», «энергетический спектр» и «параметры». Внешний вид анализатора ресурса подшипников АРП-11 и его основные технические параметры представлены соответственно на рис.7 и таблице 3

В режиме «измерения и анализ» выполняется диагностирования узла по параметрам, АЭ, с выдачей результата технического состояния в виде обобщенного балла технического состояния I), определяемого произведением (11) и ресурса узла выраженного в процентном отношении

й = Ка ^ /±Т А2 -Ы-п у (ц)

где Ка - коэффициент пропорциональности анализатора;

К%- коэффициент учитывающий конструктивные особенности и геометрические параметры элементов подшипника;

ДТ - интервал измерения (задается в пределах ДТ=0,5—2,0 с);

А - среднеквадратическое значение амплитуды АЭ сигнала;

№ скорость счета АЭ;

п- частота вращения колесной пары в процессе диагностирования.

Ресурс узла определяется на основании результатов всех предыдущих измерений и сравнения текущего состояния I) с нормативным значением Он, рассчитываемым АРП-11 автоматически в процессе диагностики с учетом равенства (11). Результаты диагностирования автоматически записываются в память анализатора с последующей передачей в прикладную программу «АРП-11 версия 4.0» для формирования базы данных и создания отчета.

В режиме «энергетический спектр», в дополнении к предыдущему производиться измеренйе и запись энергетического спектра сигнала с последующим его анализом и просмотром при помощи приложения «АРП-11-энергетический спектр-4 0». Конфигурация установочных параметров диагностируемых узлов, создание маршрутной карты измерений, редактирование нормативных значений производится в режиме «параметры» при помощи приложения «АРП-1 ¡-редактор списка оборудования -4.0».

Рис.7. Анализатор ресурса подшипников АРП-11

Таблица 3

Параметры анализатора ресурса подшипников АРП-11

№ п/п Наименование параметра Значение

1 Частотный диапазон 20-300 кГц

2 Допустимая нестабильность частоты вращения ± 10%

3 Напряжение питания 3,6 В

4 Потребляемый ток в режиме измерения не более 400 мА

5 Объем памяти ОЗУ-1,0 МБ ,ПЗУ-64 KB

6 Время единичного измерения не более 2 с

7 Время расчета технического состояния узла не более 5 с

8 Интерфейс с ПК RS232

9 Габаритные размеры прибора 227 х 70 х 37 мм

10 Акустико-эмиссионный преобразователь ЦТС-19

11 Масса прибора 0,45 кг

В пятой главе представлен анализ применения акустико-эмиссионной диагностики в системе деповского ремонта локомотивов, рассмотрена технология применения, сформулированы цели и задачи дальнейшего совершенствования системы обслуживания и ремонта подвижного состава с применением средств и систем диагностики.

За период применения АЭ метода на Октябрьской ж.д. проведена диагностика 33320 локомотивов при различных видах ТО и ТР, при этом обнаружено 2150 дефектов подшипниковых узлов различного характера, относительная эффективность применения метода составила порядка 95 %. В таблице 4 и рис.8 приведен сводный анализ результатов акустико-эмиссионной диагностики на базовых предприятиях Октябрьской ж.д и распределение выявленных дефектов подшипниковых узлов.

Таблица 4

Анализ результатов акустико-эмиссионной диагностики локомотивов

Отчетный период Январь 2003 г.—октябрь 2005 г.

Серия локомотива Число продиагностированных локомотивов Число выявленных при диагностике дефектов Число ложно определенных дефектных уровней Число не выявленных дефектов Относительная эффективность применения

ЧС2Т 3760 295 5 3 97,3 %

ЧС 6, ЧС 200 1120 257 2 0 99,2 %

ВЛ 10 2865 245 7 4 95,7 %

ВЛ 15 1070 120 2 1 97,5 %

ВЛ 80 С 2540 256 5 3 96,9 %

ЭП 1 860 54 1 0 98,1 %

2ТЭ116 3870 247 8 3 95,7 %

M 62, 2 М62 3510 219 10 2 94,8 %

ТЭП70 2190 170 7 4 93,9 %

ТЭМ 2,ТЭМ 7 3790 287 8 2 96,6 %

ИТОГО 33320 2150 55 22 96,5 %

1-Трещины колец подшипников

2-Ослабления посадки колец

3-Раковины, сколы, износ колец

! 4-Износ, повреждения элементов качения 5-Трещины, износы сепаратора ! 6-Недостаток смазочного состава

7-Дефекты смазочного состава

8-Дефекты дополнительных устройств

9-Дефекты монтажа подшипников

10-Нарушение крепления элементов узла 111-Коррозия элементов подшипников

Распределение дефектов подшипниковых узлов выявленных методом акустической эмиссии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненного в работе комплекса аналитических, теоретических и экспериментальных исследований сформулированы следующие выводы:

1.На основании анализа причин выхода из строя подшипниковых узлов установлено, что множество дефектов и повреждений возникают и развиваются ввиду нарушения режимов и эффективности смазки.

2.Установлено, что до 45% подшипников выходят из строя при половине расчетного пробега « 2,0-106 км, подтверждая таким образом, вероятностный характер показателя контактной долговечности и невозможность качественной и достоверной оценки состояния подшипника по установленному расчетному ресурсу его работы.

3 .Сформулированы основные задачи диагностирования подшипниковых узлов и комплекс мероприятий по диагностическому обеспечению. Установлены показатели, характеризующие эффективность применения средств диагностики, из сопоставления которых установлена высокая эффективность метода акустической эмиссии и реализующих его приборных средств.

4.Акустико-эмиссионный сигнал характеризуется информативными параметрами, которые в сочетании между собой, содержат диагностические признаки, на основании анализа которых устанавливается диагноз состояния и определяется остаточный ресурс,,

5.На основании разработанной математической модели параметров акустической эмиссии и сопоставления ее с результатами выполненных экспериментов получены функциональные зависимости параметров акустической эмиссии от частоты вращения и нагрузки узла, а также характеристики акустико-эмиссионного излучения при различных режимах смазки и разрушении элементов узла.

6. Разработан, сертифицирован и внедрен в технологический процесс ремонта локомотивов диагностический прибор акустико-эмйсСйонного контроля — анализатор ресурса подшипников АРП-11. Рассмотрена его функциональная схема, технические параметрк, программное обеспечение и технология его применения в условиях деповского ремонта.

7.На основании анализа применения установлено, что достоверность АЭ диагностики составляет около 95%, отказы подшипниковых узлов в эксплуатации сокращаются на 80-85%. Около 50 % общего числа выявленных дефектов составляют недостаток и дефекты смазки, подтверждая способность метода к определению эффективности смазочных составов. До 15 % выявляемых дефектов относятся к дополнительным устройствам, что свидетельствует о возможности

1 I

определения состояния узла в целом. Более 8 % неисправностей узлов выявляют на стадии монтажа и сборки, тем самым предупреждая возникновение неисправностей в процессе эксплуатации.

8.Экономическая эффективность применения акустико-эмиссионного контроля составляет 2891,760 тыс.руб в год.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Зеленченко А.П., Федоров Д.В. Состояние подшипника определит акустическая эмиссия.// Локомотив, 2002, №7, с.25.

2. Федоров Д.В. Определение состояния смазки подшипниковых узлов локомотивов методом акустической эмиссии. Материалы XVI Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика». РОНКТД, 2002.

3. Зеленченко А.П., Федоров Д.В. Комплексная система диагностики электрического подвижного состава. Материалы XVI Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика». РОНКТД, 2002.

4. Федоров Д.В. Обзор применения методов и аппаратных средств диагностики подшипниковых узлов локомотивов. Труды II международной специализированной конференции «Неразрушающий контроль и диагностика в промышленности». РОНКТД,2003.

5. Федоров Д.В. Применение акустико-эмиссионнОй диагностики подшипниковых узлов при ремонте локомотивов.// Контроль.'Диагностика, 2003, №3, с.23-24.

6. Федоров Д.В. Определение эффективности смазочных составов подшипниковых узлов локомотивов методом акустической эмиссии.// Дефектоскопия, 2003, № 3, с. 34 -36.

7. Федоров Д.В. Перспективы применения акустико-эмиссионной диагностики подшипниковых узлов локомотивов. Тезисы IV международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава». ВЭлНИИ,2003.

8. Федоров Д.В., Потапенко B.C. Акустико-эмиссионный контроль технического состояния подшипниковых узлов локомотивов.// В мире неразрушающего контроля, 2003, №3, с.78-80.

9. Федоров Д.В. Определение эффективности смазочных составов подшипниковых узлов локомотивов методом акустической эмиссии.// Вестник ВНИИЖТа, 2003, №3, с.25-28.

10. Федоров Д.В., Потапенко B.C. Использование акустической эмиссии в широкой полосе частот ультразвукового диапазона для целей технической диагностики подшипниковых узлов. Тезисы семинара «Акустико-эмиссионная диагностика на железнодорожном транспорте». СПб: ДЦНТИ 0кт.ж.д.,2003.

11. Федоров Д.В. Состояние и перспективы развития систем диагностики подшипниковых узлов локомотивов. Тезисы II международного симпозиума «Электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте Элтранс-2003».СПб: ПТУ ПС,2003.

12. Мазнев A.C., Федоров Д.В., Потапенко B.C. Акустико-эмиссионная диагностика для подшипниковых узлов.// Локомотив, 2003, №11, с.28-31.

13. Федоров Д.В. Устройство для диагностики подшипниковых узлов. Свидетельство на полезную модель №2002130953/28248, 2003.

14. Лысов В.А., Молотков С.Л., Федоров Д.В. Новые возможности УД-2-102 «Пеленг».// Локомотив, 2004, №1, с.29-32.

15. Федоров Д.В. Перспективы внедрения бортовой системы диагностики подшипниковых узлов локомотивов на базе анализатора АРП-11.Труды III международной специализированной конференции «Промышленный неразрушающий контроль». РОНКТД,2004.

16. Федоров Д.В., Потапенко B.C. Метод акустико-эмиссионной диагностики подшипниковых узлов машин и механизмов. Материалы семинара «Неразрушающий контроль при производстве и эксплуатации космической техники». СПб: BKA им. Можайского, 2004.

17. Федоров Д.В. Диагностика подшипниковых узлов локомотивов на базе АРП-11. Материалы IV научно-практического семинара «НК и безопасность на железнодорожном транспорте». СПб: РС)НКТД,2004.

18."Федоров Д.В. Акустико-эмиссионный метод диагностики технического состояния подшипниковых узлов локомотивов.// Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика, 2004, №4, с.58-63.

19. Федоров Д.В. Современные системы контроля состояния подшипникового узла. СПб: ДЦНТИ Окт.ж.д., 2004.

20. Федоров Д.В., Стенд для контроля состояния подшипников. Свидетельство на полезную модель №20036317684/45784, 2004. 1

21. Федоров Д.В. Подшипниковые узлы скоростных локомотивов контролирует АРП-11. Тезисы семинара «Служба диагностики оборудования на современном предприятии».Екатеринбург: ЦНИИМ,2004.

22. Федоров Д.В., Потапенко B.C. Диагностика узлов, машин и механизмов на базе акустико-эмиссионной технологии.' Труды IV международной специализированной конференции «Промышленный неразрушающий контроль». РОНКТД.2005.

23. Федоров Д.В., Потапенко B.C. Контроль состояния подшипников средствами технической диагностики. Труды восьмой международной конференции «Неразрушающий контроль-2005», г.Киев, Украина, 2005.

24. Федоров Д.В. Акустико-эмиссионный метод диагностики технического состояния подшипниковых узлов локомотивов.// Датчики и системы, 2005, №5, с.58-63.

25. Савичев Н.В., Федоров Д.В. Машинисту об электровозах ЧС 6, (> ЧС 200. Система ремонта и технического обслуживания. СПб: УПЦ-3 1 Окт.ж.д.,2005.

Подписано к печати О/ ,./¿£2005 г. Печ.л. - 1,5 Печать офсетная Бумага для множит ,апп. Формат 60x90 1\16 Тираж 100 экз._Заказ № , , , ____ , _

CP ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр., 9

•л

3,00G ft 5X6

»--5 2 6

i

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ЛОКОМОТИВОВ

1.1 Дефекты подшипниковых узлов локомотивов и их характеристика.

1.1.1 Усталостные дефекты.

1.1.2 Коррозионные дефекты.

1.1.3 Дефекты износа и взаимодействия.

1.1.4 Дефекты монтажа.

1.2 Контактная долговечность подшипниковых узлов.

1.3 Развитие дефектов подшипниковых узлов.

1.4 Частотные характеристики дефектов подшипников.

1.5 Требования предъявляемые к техническому состоянию и обслуживанию подшипниковых узлов подвижного состава.

1.6 Цели работы, задачи и методы исследования.

Глава 2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ЛОКОМОТИВОВ

2.1 Техническая диагностика и прогнозирование.

2.2 Цели и задачи диагностирования подшипниковых узлов.

2.3 Анализ применяемых методов и средств мониторинга и диагностики подшипниковых узлов локомотивов.

2.3.1 Акустический метод.

23.2 Диагностика по общему уровню вибрации.

233 Диагностика по спектрам вибросигналов.

23 Л Диагностика по спектрам огибающих.

2.3.5 Метод ударных импульсов.

2.3.6 Метод акустической эмиссии.

2.4 Требования предъявляемые к диагностическому обеспечению подшипниковых узлов.

2.5 Показатели эффективности применения систем диагностики.

2.6 Выводы по второй главе.

Глава 3. АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ МЕТОД ДИАГНОСТИКИ

СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ЛОКОМОТИВОВ

3.1 Акустическая эмиссия и ее основные параметры.

3.2 Акустическая эмиссия при работе подшипниковых узлов.

3.3 Информативное содержание параметров акустической эмиссии при диагностировании подшипниковых узлов.

3.3.1 Число импульсов, интенсивность потока импульсов.

3.3.2 Детекторный счет импуцльсов.

3.3.3 Амплитуда, амплитудное распределение, амплитудо-временное распределение.

3.3.4 Спектральная плотность.

3.3.5 Корреляционная функция.

3.3.6 Энергия акустической эмиссии.

3.3.7 Удельная скорость счета акустической эмиссии.

3.3.8 Удельная мощность акустической эмиссии.

3.4 Математическое моделирование параметров акустической эмиссии.

3.4.1 Математическая модель амплитудных параметров и скорости счета импульсов акустической эмиссии.

3.4.2 Математическая модель спектральной плотности акустической эмиссии.

3.5 Исследование зависимости параметров акустической эмиссии на основе математической модели.

3.5.1 Исследование зависимости параметров акустической эмиссии от частоты вращения и нагрузки узла.

3.5.2 Исследование акустической эмиссии при различных режимах смазки подшипникового узла.

3.5.3 Взаимосвязь параметров акустической эмиссии с характеристиками разрушения элементов подшипников.

3.6 Особенности акустико-эмиссионного метода диагностики.

3.7 Выводы по третьей главе.

Глава 4. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ

4.1 Классификация и параметры акустико-эмиссионной аппаратуры.

4.2 Преобразователи акустической эмиссии.

4.3 Анализатор ресурса подшипников АРП-11.

4.3.1 Назначение и функционирование основных блоков АРП-11.

4.4 Выводы по четвертой главе.

Глава 5. ПРИМЕНЕНИЕ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ В СИСТЕМЕ РЕМОНТА ЛОКОМОТИВОВ

5.1 Диагностика подшипниковых узлов в системе деповского ремонта локомотивов.

5.2 Анализ применения акустико-эмиссионной технологии диагностики подшипниковых узлов.

5.3 Экономическая эффективность эксплуатации локомотивов с применением безразборной акустико-эмиссионной диагностики

5.4 Цели и задачи совершенствования системы обслуживания и ремонта локомотивов с применением систем диагностики.

Обеспечение надежности эксплуатации подшипниковых узлов и зубчатых передач является одной из основных задач системы ремонта подвижного состава железных дорог, их отказы могут привести к сходу подвижного состава, и как следствию, к крушению или аварии. Подшипниковые узлы подвижного состава эксплуатируются при неблагоприятных условиях (значительные осевые и радиальные нагрузки, знакопеременные динамические и ударные воздействия, вибрационные нагрузки, воздействия электромагнитных и электростатических полей, высокая скорость вращения, неблагоприятные и постоянно изменяющиеся климатические условия) [8,40]. В указанных условиях они должны сохранять свои эксплуатационные параметры и свойства согласно требованиям нормативно-технической документации [104,105], обеспечивая высокую надежность и работоспособность даже при критических режимах эксплуатации.

В последнее время значительно ухудшилось положение с надежностью работы узлов с подшипниками. Доля неплановых ремонтов локомотивов возросла с 7,8% в 2003 г. до 8,1% в 2004 г. Увеличивается число эксплуатационных отказов локомотивов: в 2002г. —3,5 %, в 2003 г. - 4,6 %, в 2004 г. — 5,7% от общего числа случаев выхода из строя [31].

В соответствие с вышеизложенным возникает необходимость систематического контроля за состоянием подшипниковых узлов. Однако, производить периодические их вскрытия для осмотра, демонтировать блоки и машины для ревизии увеличивает трудоемкость и стоимость ремонта, увеличивает время простоя локомотива, тем самым снижая его производительность. Таким образом, периодический контроль состояния всех элементов подшипникового узла целесообразно выполнять без демонтажа и вскрытия путем безразборной диагностики.

До 1985 г. на сети дорог практически не существовало надежных и достоверных технических средств мониторинга и диагностики подшипниковых узлов. Применяющиеся напольные устройства дистанционного контроля нагрева (ПОНАБ, ДИСК и т.д.) достоверно не выявляли возникающие неисправности. В технологию ремонта локомотивов было внедрено прослушивание их работы при помощи стетоскопа, однако положительных результатов данный метод не дал и вопрос о диагностике подшипниковых узлов более совершенными, а главное достоверными и мобильными, методами стал наиболее острым.

В период с 1987 г. по 2003 г. в локомотивном хозяйстве появилось более 15 различных типов отечественных и зарубежных приборов диагностики, ранее применявшихся в других отраслях промышленности, в том числе в военно-промышленном комплексе. В них применялись стандартные методы обработки, снимаемых с объектов, спектров частот виброакустических сигналов и их идентификации с эталонными спектрами для заданных видов неисправностей [5].

Результаты эксплуатации показали, что достоверность применяемых в настоящее время систем вибродиагностики колесно-моторных блоков локомотивов составляет 52%. Так, в локомотивном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги в 2001 г. средствами традиционной вибродиагностики выявлено 112 дефектных узлов, а подтверждено лишь 23 из них (что составляет 20,6%), в то же время 31 опасный дефект, угрожающий безопасности движения, обнаружен не был [31].

Таким образом, вопрос об обоснованном выборе и применению более совершенных, способных к раннему выявлению развивающихся дефектов, методов и приборных средств диагностики является актуальным в настоящее время для железных дорог Российской Федерации.

Вопросам технической диагностики механических систем и их развитию посвящены работы видных отечественных и зарубежных ученых Клюева В.В., Ковалева А.В, Гурвича А.К, Баркова А.В., Генекина М.Д., Балицкого Ф.Я., Трипалина А.С., Дробота Ю.Б., Грешникова В.А., Баранова В.М., Кудрявцева Е.М., Сарычева Г.А., Павлова Б.В., Юдина А.А., Щавелина В.М., Druillarid Т., Williams К., Pollock A., Robbins Е., Buckiey D., Belyi V. и многих других.

Целью работы является обоснование возможности применения акустико-эмиссионого метода для определения технического состояния и диагностики подшипниковых узлов подвижного состава, для повышения надежности эксплуатации и совершенствования технологических процессов ремонта.

В первой главе диссертации приведен анализ причин возникновения отказов подшипниковых узлов локомотивов, определены задачи работы и методы исследования.

Во второй главе определены цели и задачи технической диагностики, направления развития, представлен анализ и сравнительная характеристика существующих методов и приборных средств оценки состояния подшипниковых узлов локомотивов. Представлены показатели и характеристики различным методов диагностирования. Сформулированы требования к диагностическому обеспечению подшипниковых узлов.

В третей главе представлены физические основы акустико-эмиссионного метода диагностики, рассмотрены особенности и информативное содержание параметров акустической эмиссии. Для расчета параметров акустической эмиссии при работе подшипниковых узлов при помощи прикладного анализирующего пакета Maple версии 9.5 разработана математическая модель.

Для сопоставления результатов расчетов и проверки адекватности математической модели выполнены опытные экспериментальные исследования моделированных зависимостей.

В четвертой главе рассмотрены аппаратные средства диагностики на основе метода акустической эмиссии. Рассмотрена классификация и параметры аппаратуры. Представлен диагностический прибор — анализатор ресурса подшипников АРП-11.

В пятой главе представлены результаты применения акстико-эмиссионной диагностики в системе деповского ремонта локомотивов, рассмотрена технология применения, сформулированы цели и задачи дальнейшего совершенствования системы обслуживания и ремонта подвижного состава с применением средств и систем диагностики.

1. АНАЛИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ локомотивов

1.1. ДЕФЕКТЫ ПОДШИППНИКОВЫХ УЗЛОВ ЛОКОМОТИВОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

Безопасность движения поездов - чрезвычайно важное понятие, характеризующее работу транспортной отрасли. Это экономия времени, повышение качества обслуживания пассажиров и грузоотправителей, рост доходов транспорта, создание рабочих мест, развитие инфраструктуры транспорта. В новых экономических условиях работы транспорта борьба за безопасность движения остается одной из приоритетных задач [24,47]. Немалая роль в обеспечении надежной эксплуатации локомотивного парка принадлежит узлам с подшипниками качения, от работы которых напрямую зависит перевозочный процесс и показатели работы транспорта. Поэтому своевременное выявление и предотвращение развития дефектов подшипников является определяющим мероприятием в комплексной системе технологии и технического обслуживания подвижного состава [106,107].В зависимости от характера возникновения и развития неисправности подшипников классифицируются следующим образом [66]: -усталостные дефекты; -коррозионные дефекты; -дефекты износа и взаимодействия; -дефекты монтажа.

Рассмотрим характерные дефекты подшипниковых узлов причины их возникновения и следствия.

4.4. ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ

В результате рассмотрения аппаратных средств акустико-эмиссионного контроля следует заключить:

1. Аппаратура акустико-эмиссионного контроля классифицируется по назначению, по способу применения, месту числу каналов;

2. В соответствие с объемом получаемой информации при проведении АЭ контроля аппаратные средства подразделяются на четыре класса;

3. Для преобразования акустического сигнала в электрический используют пьезоэлектрические преобразователи ПАЭ, которые по коэффициенту преобразования подразделяют четыре классы;

4. К аппаратуре и преобразователям акустико-эмиссионного контроля предъявляются требования, которые определяют область их применения;

5. Для диагностирования подшипниковых узлов наибольшее распространение получили преобразователи из керамики на основе цирконататитаната свинца (ЦТС);

6. Анализатор АРП-11 создан на современной элементной безе ведущих компаний мира, использует для установления диагноза основные информативные параметры АЭ в диапазоне частот 20-300 кГц (скорость счета, амплитуда, амплитудное распределение, спектральная плотность, энергия, удельная скорость счета и удельная мощность);

7.Программное обеспечение «АРП-11 версия 4.0» и его приложения «АРП-11 -энергетический спектр-4.0», «АРП-11-редактор списка оборудования -4.0» позволяют формировать базы данных диагностируемых локомотивов, анализировать результаты диагностики, формировать отчеты и протоколы, выполнять конфигурацию установочных параметров, создавать маршрутные карты измерений.

5. ПРИМЕНЕНИЕ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ В СИСТЕМЕ РЕМОНТА ЛОКОМОТИВОВ

5.1. ДИАГНОСТИКА ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ В СИСТЕМЕ ДЕПОВСКОГО РЕМОНТА ЛОКОМОТИВОВ

Диагностика подшипниковых узлов локомотивов производится при производстве плановых видов технического обслуживания и ремонта (ТО-3, ТР-2, ТР-2, ТР-3, CP ), в соответствие с требованиями [105,106,107] с целью определения технического состояния и предотвращения эксплуатационных отказов. Диагностированию подвергаются узлы колесно-моторных блоков, тяговые редукторы, моторно-осевые подшипники. На основании анализа отказов оборудования диагностированию также подвергаются подшипники вспомогательных машин и электрических аппаратов.

Диагностирование выполняется специализированной бригадой техников-операторов под контролем инженера-диагноста, на основании технологического процесса и инструкции по эксплуатации соответствующих приборов и средств. На основании результатов контроля выполняются необходимые мероприятия по техническому обслуживанию, добавлению или замене смазки и ревизии узла [89,107]. Данные технического диагностирования заносятся в книгу записи ремонта локомотива, базу данных ОТК и технический паспорт.

В настоящее время подготавливается к внедрению в базовых локомотивных депо система входного и выходного контроля средствами технического диагностирования, состоящая в комплексном приборном контроле состояния узлов на всех этапах эксплуатации, обслуживания, ремонта [107]. Построение данной системы, с применением современных средств контроля и ранней диагностики, является основным этапом в реформировании структуры 111 IP и создании структуры ремонта по техническому состоянию.

5.2. АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ

Метод акустико-эмиссионной диагностики применяется в условиях деповского ремонта локомотивов на Октябрьской железной дороге с 2003 года, внедрен на базовых предприятиях по ремонту локомотивов-депо Санкт-Петербург-Пассажирский-Московский (ЧС2Т, ЧС6, ЧС200) , Кандалакша (ВЛ80С,ЭП1), Великие Луки (М62,2М62), Дно (2ТЭ116,ТЭП 70), Волховстрой (В Л10,В Л10У ,В Л15), Петрозаводск (ТЭМ1ДЭМ 2,ТЭМ7,ЧМЭЗ). В настоящее время метод внедряется в моторвагонных депо Октябрьской ж.д и на ведущих предприятиях Московской, Северной железных дорогах ОАО РЖД [31,61].

За период применения АЭ метода на Октябрьской ж.д. проведена диагностика 33320 локомотивов при различных видах ТО и TP, при этом обнаружено 2150 дефектов подшипниковых узлов различного характера, относительная эффективность применения метода составила ~ 95 %. В таблице 5.1 приведен сводный анализ результатов акустико-эмиссионной диагностики на базовых предприятиях Октябрьской ж.д. Распределение выявленных дефектов и отказов в эксплуатации по сериям локомотивов, характеру неисправности, представлено соответственно на диаграммах рис.5.1-5.9.

Из анализа статистических данных видно, что около 50 % общего числа выявленных дефектов составляют недостаток и дефекты смазки, подтверждая способность метода к определению эффективности смазочных составов [59,60]. До 15 % выявляемых дефектов относятся к дополнительным устройствам (приводам, датчикам, регуляторам и т.д.), что свидетельствует о возможности определения состояния узла в целом. Более 8 % неисправностей узлов выявляют на стадии монтажа и сборки, тем самым предупреждая возникновение неисправностей в процессе эксплуатации.

Снижение числа эксплуатационных отказов характеризует надежность методики и приспособленность приборных средств к эффективному применению в условиях деповского ремонта локомотивов [31,60,61].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложены научно обоснованные решения по эффективному применению акустико-эмиссионного метода диагностики для определения технического состояния подшипниковых узлов, с целью повышения надежности эксплуатации и совершенствования технологических процессов ремонта на основе безразборных технологий. В том числе получены следующие результаты:

1. На основании анализа причин выхода из строя подшипниковых узлов установлено, что множество дефектов и повреждений возникают и развиваются ввиду нарушения режимов и эффективности смазки.

2. Установлено, что до 45% подшипников выходят из строя при половине расчетного пробега « 2,0-106 км, подтверждая таким образом, вероятностный характер показателя контактной долговечности и невозможность качественной и достоверной оценки состояния подшипника по установленному расчетному ресурсу его работы.

3. Сформулированы основные задачи диагностирования подшипниковых узлов и комплекс мероприятий по диагностическому обеспечению. Установлены показатели, характеризующие эффективность применения средств диагностики, из сопоставления которых установлена высокая эффективность метода акустической эмиссии и приборных средств.

4. Ак*стико-эмиссионный сигнал характеризуется информативными параметрами, которые в сочетании между собой, содержат диагностические признаки, на основании анализа которых устанавливается диагноз состояния и определяется остаточный ресурс.

5.На основании разработанной математической модели параметров акустической эмиссии и сопоставления ее с результатами выполненных экспериментов получены функциональные зависимости параметров акустической эмиссии от частоты вращения и нагрузки узла, а также характеристики акустико-эмиссионного излучения при различных режимах смазки и разрушении элементов узла.

6. Разработан, сертифицирован и внедрен в технологический процесс ремонта локомотивов диагностический прибор акустико-эмиссионного контроля — анализатор ресурса подшипников АРП-11. Рассмотрена его функциональная схема, технические параметры, программное обеспечение и технология его применения в условиях деповского ремонта.

7.На основании анализа применения установлено, что достоверность АЭ диагностики составляет около 95%, отказы подшипниковых узлов в эксплуатации сокращаются на 80-85%. Около 50 % общего числа выявленных дефектов составляют недостаток и дефекты смазки, подтверждая способность метода к определению эффективности смазочных составов.

До 15 % выявляемых дефектов относятся к дополнительным устройствам, что свидетельствует о возможности определения состояния узла в целом. Более 8 % неисправностей узлов выявляют на стадии монтажа и сборки, тем самым предупреждая возникновение неисправностей в процессе эксплуатации.

8.Экономическая эффективность применения акустико-эмиссионного контроля составляет 2891,760 тыс.руб в год.

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов. М.: «Наука», 1965. -11 в с.

2. Артоболевский И.И., Болицкий Ю.И., Генкин М.Д. Введение в техническую диагностику машин. -М., 1979. 296 с.

3. Баранов В.М., Кудрявцев Е.М., Сарычев Г.А. Акустическая эмиссия при трении. М.: Энегроатомиздат, 1997.-245 с.

4. Баранов В.М., Молодцов К.И. Акустико-эмиссионные приборы ядерной энергетики. М.:Энергоатомиздат, 1980.-221 с.

5. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации:СПб.: Изд. центр СПбГМТУ,2000.-158 с.

6. Баркова Н.А. Виброакустические методы диагностики СЭУ. Учебное пособие. Изд.Ленинградского кораблестроительного института. 1986г. 89 с.

7. Беленький Д.М., Ханукаев М.Г. Теория надежности машин и металлоконструкций. Ростов на дону.: Изд. Высшее образование, 2003.- 605 с.

8. Биргер И.А. Техническая диагностика.-М.: Машиностроение, 1978.-240 с.

9. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. -М.: Машиностроение, 1984. 312 с.

10. Ю.Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. М: Машиностроение , 1990. 96 с.

11. Н.Богатенков Ю. В. Исследование динамических моделей и разработка автоматизированной системы вибродиагностики магистральных насосных агрегатов нефтеперекачивающих станций: Автореферат кандидатской диссертации: 05.11.13. М., 1999. - 23 с.

12. Браун С., Датнер Б. Анализ вибраций роликовых и шариковых подшипников. / Конструирование и технология машиностроения./ -М., 1999. т. 101, №1. -С. 65-72.

13. Венцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятности и её инженерные приложения. -М.: Наука 1988. 480 с.

14. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования./ Александров А.А., Барков А.В., Баркова Н.А., Шафранский В.А.,/ JL, Издательство Судостроение, 1986. 180 с.

15. Вибродиагностика подшипниковых узлов электрических машин/ Марченко Б. Г., Мыслович М. В. Киев, 1992. - 195 с.

16. Вибрация в технике. Справочник. Под ред. Челомея В.Н. -М.: Машиностроение, 1978.-352 с.

17. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. / Балицкий Ф.Я., Иванова М.А., Соколова А. Г., Хомяков Е. И.-М.: Наука,1984.-119 с.

18. Генкин М. Д., Соколова А. Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. -М.: Машиностроение, 1987. 282 с.

19. Герике Б.Л. Мониторинг и диагностика технического состояния машинных агрегатов Ч. 1: Мониторинг технического состояния по параметрам вибрационных процессов. -1999. 188 с.

20. Герике Б.Л. Мониторинг и диагностика технического состояния машинных агрегатов Ч. 2: Диагностика технического состояния на основе анализа вибрационных процессов. -1999. 229 с.

21. Гольдин А.С. Вибрация роторных машин.-М.: Машиностроение, 1999. -344 с.

22. Дробот Ю.Б., Лазарев A.M. Неразрушающий контроль усталостных трещин акустико-эмиссионным методом. М.: Изд. Стандартов, 1987.

23. Измерение, контроль, качество. Неразрушающий контроль. Справочник. М.:ИМК. Издательство стандартов, 2002. 708 с.

24. Иориш Ю.И. Виброметрия М.: Машиностроение, 1965. 773 с.

25. Калявин В.П., Мозгалевский А.В. Технические средства диагностирования. -Л.: Судостроение, 1984.-208 с.

26. Коллот Р. Диагностика повреждений: Перевод с английского. / Под ред. П. Г. Бабаевского. -М.: Мир, 1989. 516 с.

27. Кривной A.M., Осяев А.Т. Комплексная оценка средств вибродиагностики. //Локомотив 2005, № 1, с. 28-31.

28. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости.М.:Наука,1987- 248 с.

29. Логов А. Б. Теоретические основы функциональной вибродиагностики горных машин: Автореферат докторской диссертации Кемерово, 1991.-41 с.

30. Лосев Б.М. Точность, достоверность и помехозащищенность спектральных методов диагностирования. Тезисы докладов второй Всесоюзной научно-технической конференции. -Горький, сент., 1988.

31. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. В 2 т. -М., 1983. -134 с.

32. Мартынов А. А. Основы теории надёжности и диагностики/ Мартынов А. А., Долгополов Г. А. -Новосибирск, 1999. 107 с.

33. Методы контроля состояния подшипников качения механизмов привода в процессе работы.//ВИНИТИ.Детали машин. 1979,№ 30 с 5-12.

34. Мазнев А.С., Федоров Д.В., Потапенко B.C. Акустико-эмиссионная диагностика для подшипниковых узлов.//Локомотив 2003, №11,с 28-31.

35. Мынцов А.А. Методика измерений и диагностирования оборудования роторного типа. М.: Мир, 1999. 116 с.

36. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник В. В. Клюев и др. -М.: Машиностроение, 2003. 656 с.

37. Методы неразрушающих испытаний. Под ред. Р. Шарпа. Перевод с англ. М.: Мир, 1972. -154 с.

38. Метод акустической эмиссии в исследовании процессов разрушения. Под ред.Панасюк В.В.Физ.-мех. Инст. Киев , 1989. -154 с.

39. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. М.: Машиностроение, 1971.-342 с.

40. Павлов Б.В. Кибернетические методы технического диагноза. М.: Машиностроение, 1966. -157 с.

41. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении. JI.Судостроение, 1999- 107 с.

42. Потапенко B.C. Подшипник под контролем.//Промышленная безопасность 2004 ,№1 ,с 29.

43. Потапенко B.C., Артемьев А.А., Марлин С.А. Техническая диагностика на рельсовом транспорте. Спб.ЗАО «Меткатом», 2001. 8 с.

44. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. Под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1986.-326 с.

45. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. Справочник. Под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1988-448 с.

46. Самсаев Ю.А. Вибрация приборов с опорами качения. М.: Машиностроение, 1984. - 128 с.

47. Смазочные материалы на железнодорожном транспорте. Справочник. М.: Транспорт, 1989-118 с.

48. Технические средства диагностирования. Справочник. В. В. Клюев и др. -М.: Машиностроение, 1989. 671 с.

49. Трипалин А.С., Буйло С.И.Акустическая эмиссия. Физико-механические аспекты.-М.: машиностроение, 1988.-271 с.

50. Трение, износ, смазка.Под. ред. Чичинадзе А.В. -М.: Машиностроение, 2003.-575 с.

51. Урьев Е.В. Основы надёжности и технической диагностики турбомашин. -Екатеринбург, 1996. 70 с.

52. Управление качеством. Диагностика. Методы и средства измерения и контроля в машиностроении/ ВНИИТЭМР Вып. 16,1995 25 с.

53. Федоров Д.В. Определение эффективности смазочных составов подшипниковых узлов локомотивов методом акустической эмиссии.//Дефектоскопия, 2003, № 3, с. 34 -36.

54. Федоров Д.В., Потапенко B.C. Акустико-эмиссионный контроль технического состояния подшипниковых узлов локомотивов.// В мире неразрушающего контроля, 2003, № 3, с. 78 -80.

55. Федоров Д.В. Определение эффективности смазочных составов подшипниковых узлов локомотивов методом акустической эмиссии.// Вестник ВНИИЖТа, 2003, № 3, с. 25 -28.

56. Федоров Д.В. Применение акустико-эмиссионной диагностики подшипниковых узлов в системе деповского ремонта локомотивов.//Контроль. Диагностика, 2003, № 3, с. 23-24.

57. Федоров Д.В. Акустико-эмиссионный метод диагностики технического состояния подшипниковых узлов локомотивов.// Приборы и системы. Управление Контроль .Диагностика, 2004, № 4, с. 58-63.

58. Федоров Д.В., Лысов В.А., Молотков С.Л., Краев А.Г. Новые возможности УД-2-102 «Пеленг».// Локомотив 2004, №1,с 29-32.

59. Фирсатов В. Г., Застроган Ю.Ф., Кулбянин А.З. Автоматизированные приборы диагностики и испытаний. -М.: Машиностроение, 1995. -34 с.

60. Хазаров A.M., Цвид С.Ф. Методы оптимизации в технической диагностике машин. -М., 1983. -267 с.

61. Цифровая обработка сигналов / А. Б. Сергиенко СПб.: СПБГУ. 2002. -608 с.бб.Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог- М., "Машиностроение", 2003.-575 с.

62. Щавелин В.М., Сарычев Г.А.Акустический контроль узлов трения энергетических установок. М.:Энегроатомиздат, 1988.-218 с.

63. Щавелин В.М., Сарычев Г.А., Звонков С.А. Исследование акустической эмиссии при трении материалов. М.: Атомиздат, 1980. -178 с.

64. Явленский К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. -JL: Машиностроение, 1983. 239с.

65. Baines N. Modern vibration analysis in condition monitoring. // Noise and vibration control worldwide, 1987. vol. 18, № 5.-151 p.

66. Ewets Tohn A Pickett, Ronald M. Evaluation of diagnostic systems: Methods from signal detection theory. -New York etc: Acad, press, 1982.

67. Industrial applications of knowledge based diagnosis. Ed. By Giovanni Guide Alberto Strefanini. -Amsterdam etc.: Elseviar, 1992.

68. Kaharaman A, Singh R. Non-linear dynamics of a spur gear pain. Journal of Sound and Vibration. 1990. Vol 142, № 1 pp. 49-75.

69. Lipovszky, Gyory et al. Vibration testing of machines and their maintenance / By Gyorgy Lipovszky, Karoby Solyomvori. -Budapest: Akad.kiodo, 1990.

70. Nois and vibration of engines and transmissions. -London, 1979. 168 p.

71. Vibration and wear in high speed rotating machinery. -Dordrecht etc: Kluwer Acad., 1990. 852 p.

72. Vibration dempes for cryogenic turbomachinery./A. Palozzolo, A. Kascak, E. Olan, S. Ibrahim. -New York, 1990. 9 p.

73. Vibration Monitoring of machines. / Martin Angelo // Technical Pewiew., 1987. № 1. Bruel I Kjaer, p. 36.

74. Vibrations / W. Bogus, Z. Dzygadlo, D. Rogula. Et al. wars zawa: PWN; Dordrecht et all.; Kluwer acad. publ., -13,1992. - 488 p.

75. Wavelets for mechanical and structural damage identification/ Staszewski W. J. -Gdansk, 2000. -175 p.

76. Zhang Xul Jun. Auxeltary signal design in fault detection and diagnosis. -Berlin ets: springier cop. 1989. 12, - 213 p.

77. Williams K. Acoustic emission. Bristol, 1980. 153 p.

78. ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения. Изд. Стандартов, 1988.

79. ГОСТ 23829-85. Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения. Изд. Стандартов, 1985.

80. ГОСТ 27518-87. Диагностирование изделий. Общие требования. Изд. Стандартов, 1987.

81. ГОСТ 26656-85.Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования. Изд. Стандартов, 1985.

82. ГОСТ 24297-87. Входной контроль продукции. Изд. Стандартов, 1987.

83. ГОСТ 24955-81. Подшипники качения. Термины и определения. Изд. Стандартов, 1981.

84. ГОСТ 520-89. Подшипники качения. Общие технические условия. Изд. Стандартов, 1989.

85. ГОСТ 18854-82. Подшипники качения. Расчет статической грузоподъемности и эквивалентной статической нагрузки. Изд. Стандартов, 1982.

86. ГОСТ 18855-72. Подшипники качения. Методы расчета динамической грузоподъемности и долговечности. Изд. Стандартов, 1972.

87. ГОСТ 801-78. Сталь подшипниковая. Технические условия. Изд. Стандартов, 1978.

88. ГОСТ 18572-81. Подшипники роликовые с цилиндрическими роликами для букс железнодорожного подвижного состава.1. Изд. Стандартов, 1981.

89. ГОСТ 24346-80. Вибрация. Термины и определения. Изд. Стандартов, 1980.

90. ГОСТ 24347-80. Вибрация. Обозначения и единицы величин. Изд. Стандартов, 1980.

91. РД 03-300-99. Требования к преобразователям акустической эмиссии для контроля опасных производственных объектов. Сборник документов. Серия 28, выпуск 2. М.: Госгортехнадзор РФ, 2001 .-56 с.

92. РД 03-299-99. Требования к акустико-эмиссионной аппаратуре, используемой для контроля опасных производственных объектов. Серия 28, выпуск 2. М.: Госгортехнадзор РФ, 2001.-56 с.

93. РД 50-565-85. Техническая диагностика: правила и критерии определения состояния технических систем: -М.: Издательство Стандартов, 1986.

94. ТУ 4276-001-47987545-98. Индикатор ресурса подшипников. Технические условия, 1998.

95. ТУ 4276-001-50905077-2003. Анализатор ресурса подшипников. Технические условия, 2003.

96. ТУ 0254-107-01124328-01. Смазка пластичная «Буксол». Технические условия, 2001.

97. ТУ ВНИПП.048-1-00.Подшипники качения для железнодорожного подвижного состава. Технические условия, 2000.

98. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту узлов с подшипниками качения локомотивов и моторвагонного подвижного состава ЦТ-330 от 11.06.1995.,М.Транспорт, 1995-87с.

99. Указание МПС № П-1328У от 24.07.2001 г. О системе технического обслуживания и ремонта локомотивов,2001.

100. Распоряжение ОАО «РЖД» № Зр от 17.01.2005 г. О системе технического обслуживания и ремонта локомотивов ОАО «РЖД»,2005.