автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процесса локализации дефектов колец подшипников качения колесных пар железнодорожных вагонов ультразвуковым методом

На правах рукописи

/

ЩЕГОЛЕВ Сергеи Сергеевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФЕКТОВ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ МЕТОДОМ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2014

005558674

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Захарченко Михаил Юрьевич

Официальные оппоненты: Зайцев Борис Давидович

доктор физико-математических наук, профессор, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, заведующий лабораторией «Физическая акустика»

Горбунов Владимир Владимирович

кандидат технических наук,

ООО «НПГТ Подшипник-СТОМА» (Саратов)

начальник отдела автоматизации

Ведущая организация: Институт проблем точной механики

и управления РАН (Саратов)

Защита состоится 30 декабря 2014 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корпус 1, аудитория 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» и на сайте www.sstu.ru

Автореферат разослан 2-9 октября 2014 года Ученый секретарь

диссертационного совета Игнатьев Александр Анатольевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Железнодорожная транспортная система играет важную роль, как в экономическом, так и в социальном развитии на территории Российской Федерации. Именно благодаря железнодорожному сообщению осуществляется около 85% грузоперевозок и более 37% пассажиропотока.

Для обеспечения надежности железнодорожного транспорта необходимым является проведение мероприятий по выявлению на ранних стадиях различного рода дефектов в подвижном составе. В частности, обнаружение дефектов в кольцах буксовых подшипников вагонов при их восстановлении на малых ремонтных предприятиях.

В работах Н.П. Алешина, В.В. Клюева, Ю.В. Ланге, А.И. Потапова и других отечественных и зарубежных ученых установлены основные особенности выявления дефектов методами неразрушающего контроля в различных технических устройствах. Особенностью поиска дефектов в кольцах подшипников является фиксация внутренних трещин малых размеров, причем применяемые в настоящее время магнитопорошковый и вихретоковый методы дефектоскопии позволяют производить поиск дефектов на поверхности и в подповерхностном слое. Процесс обнаружения дефектов на современном уровне требует применения автоматизированной системы для проведения оперативной оценки состояния колец подшипников.

Организация поиска дефектов в кольцах подшипников колесной пары вагона рассматривалась в работах P.A. Ахмеджанова, В.Ф. Криворудченко и других ученых. В то же время автоматизация метода, направленная на определение дефектов и формирование заключений о наличии, размере, местоположении и глубине залегания дефектов в исследуемом кольце, недостаточно рассмотрена.

Заявленным требованиям соответствует метод ультразвукового (УЗ) контроля, варианты которого анализировались в работах Н.П. Алешина, Р. Балдева, А.К. Гурвича, В. Раджендрана, Д.С. Шрайбер, J.C. Drury и других исследователей. Однако недостаточно проработан вопрос автоматизации ультразвукового контроля колец подшипников на базе современных средств вычислительной техники с локализацией дефектов в условиях ремонтного железнодорожного предприятия, занимающегося восстановления подшипников.

Актуальной задачей является обоснование автоматизированного УЗ метода контроля колец подшипника качения с точки зрения точности, оперативности, надежности, экономической целесообразности, что обосновывает актуальность темы.

Цель работы - разработка и автоматизация ультразвукового метода контроля дефектов колец подшипников колесной пары железнодорожного вагона в условиях ремонтного предприятия.

Методы и средства исследовании направлены на установление возможности поиска дефектов в кольцах подшипников качения с использова- ■

нием ультразвукового контроля, и на обеспечение его автоматизации. Г\/

\

\

Теоретические исследования основаны на методах неразрушающего контроля, теории автоматического управления, физических основах распространения волн в материале. Экспериментальные исследования проводились с использованием ультразвуковых дефектоскопов УД2-12, УДЗ-ЮЗ, а также подготовленными пьезоэлектрическими преобразователями, совместимыми с выбранными дефектоскопами. Обработка полученных результатов производилась на персональном компьютере. Эксперименты проводились на базе СГТУ и в производственных условиях в ОАО «БМУС».

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработано методическое обоснование для локализации дефектов колец подшипников ультразвуковым методом, заключающееся в проведении обучающего эксперимента на эталонных кольцах, оценки минимального различимого дефекта, его местоположения, что позволяет обосновать применимость метода для обнаружения трещин и расслоений и его автоматизацию.

2. Получена экспериментально-аналитическая зависимость, учитывающая разность амплитуд отраженного импульса при изменении чувствительности и коэффициенты, полученные для материала кольца подшипника, что позволило выявить закономерную связь между показаниями дефектоскопа и размерами дефектов.

3. Выполнена алгоритмизация процесса локализации дефектов, включающая в себя настройку дефектоскопа в соответствии с материалом кольца подшипника, формирование информации о наличии дефекта, его размере, местоположении, глубине залегания и ее обработку, что позволило автоматизировать процесс контроля колец подшипников.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Автоматизация метода ультразвукового контроля проводилось в рамках программы выявления дефектов в материале колец подшипников типов 30-232726Л4М и 30-42726Л4М с целью разбраковки колец для их последующего восстановления. Метод способен обнаружить зарождающиеся дефекты во внутреннем слое кольца подшипника в условиях железнодорожного ремонтного предприятия.

Использование ультразвукового метода контроля колец подшипников позволяет:

- автоматизировать процесс выявления трещин и расслоений в кольцах для их оперативной оценки;

- оперативно распознавать трещины и расслоения (в течение 3-5 минут) с определением размера дефекта (от 200 микрометров), его координат и глубины залегания, для обеспечения восстановления колец;

- удешевить процесс дефектоскопии в условиях малого предприяшя;

- результаты работы переданы для внедрения на ремонтное предприятие.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на

Международной конференции «Современные тенденции в науке: новый взгляд» (Тамбов, 2011), Международной конференции «Современные во-

просы науки и образования - XXI век» (Тамбов, 2012), Международной конференции «Современные тенденции в науке: новый взгляд» (Тамбов, 2012), а также на заседаниях кафедры «Автоматизация, управление, ме-хатроника» СГТУ в 2011-2014 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 работы в журналах из списка ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 157 наименований и 7 приложений. Содержит 143 страницы основного текста, 98 рисунков, 18 таблиц.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методическое обоснование по локализации дефектов колец подшипников ультразвуковым методом.

2. Установленная экспериментально-аналитическим путем связь показаний дефектоскопа с размером, положением и глубиной залегания дефекта.

3. Алгоритмизация процесса контроля колец и формирование информации о наличии дефекта, его размере, местоположении и глубине залегания.

4. Результаты контроля дефектов на автоматизированной экспериментальной установке и предложение по ее внедрению в производство.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и научная новизна работы, дана общая характеристика результатов исследований, представлены основные научные положения и результаты работы, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ методов и средств контроля качества, применяемых для обнаружения дефектов. Рассмотрены исследования Н.П. Алешина, И.Н. Ермолова, В.В. Клюева и других ученых по дефектоскопии различных изделий. В частности, проанализированы вопросы дефектоскопии колец подшипников качения в работах В.А. Ильина, В.Ф. Криворудчен-ко, P.A. Ахмеджанова. Указаны их основные недостатки и достоинства.

Неоднородность структуры колец подшипников качения колесной пары вагона является следствием как нарушения технологического процесса при производстве, так и сильных нагрузок и тяжелых условий эксплуатации. Произведена классификация дефектов для каждой стадии производства и эксплуатации колец подшипников. Важной особенностью выбранного метода является возможность его автоматизации.

В настоящее время для дефектоскопии колец повсеместно применяется магнитопорошковый метод контроля, который обладает рядом недостатков: сложной автоматизацией и невозможностью выявления внутренних дефектов. Альтернативным является вихретоковый метод. Он также позволяет определять дефекты в поверхностном и подповерхностном слое. При использовании ультразвукового контроля производится определение дефектов

в структуре колец подшипников. Ультразвуковой контроль имеет различные методы, проведя оценку которых, остановимся на эхоимпульсном методе, так как требуется обнаружение дефектов в высоколегированной конструкционной стали марки ШХ4 с большой степенью точности и минимальной сложностью в установке датчиков.

Ультразвуковые дефектоскопы применяются при поиске дефектов в других деталях и узлах колесной пары.

Необходима разработка экономически обоснованного метода восстановления, который включает разбраковку, перешлифовку и селективную сборку колец подшипников в условиях малого ремонтного предприятия. Восстановление позволяет уменьшить расходы, уровень загрязнения. Как показывает практика, при восстановлении подшипника экономия может достичь 80 % от стоимости нового. На основании полученных сведений произведено обоснование выбора ультразвукового метода. В соответствии с изложенным сформулированы цель исследования и решаемые задачи, указанные во введении.

Во второй главе проведено методическое обоснование процесса выявления дефектов в кольцах подшипников качения. Рассмотрены физические основы распространения ультразвуковых колебаний в твердом теле. Произведен расчет основных характеристик, на основании которого сформулировано заключение о применимости предложенного метода для контроля колец подшипников. В частности, рассчитаны коэффициенты отражения и прохождения ультразвуковой волны на границе двух сред и показано, что волна испытывает практически полное отражение. Получено значение скорости распространения волн в структуре стали марки ШХ4, из которой изготовлен подшипник.

Рассмотрены устройство и принцип действия ультразвукового дефектоскопа. Произведен расчет основных характеристик и акустического тракта с учетом особенностей рассматриваемого материала кольца. Расчет тракта является важной задачей методики ультразвукового контроля. Он необходим для оценки влияния акустических и геометрических параметров тракта на ослабление амплитуды эхо-сигнала. Обоснован выбор пьезоэлектрического преобразователя исходя из основных параметров: угла ввода луча, частоты.

Произведена классификация дефектов и получены значения коэффициентов затухания для каждого типа, на основании значений характеристик дефектоскопа УД2-12. Результаты расчета позволяют оценить размер дефекта (от 200 мкм), который возможно обнаружить с помощью данного дефектоскопа и используемого пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) П-121-10-40-002. Методическое обоснование процесса локализации дефектов представлено на рис. 1.

Рис. 1. Методическое обоснование процесса локализации дефектов

Лицо, принимающее решение, проводит обучающий эксперимент на эталонных кольцах с известными значениями размеров дефектов и вводит полученную информацию в базу данных. Следующим шагом является контроль состояния колец подшипников путем сравнения реальных дефектов с эталонными. Результатом является заключение о наличии дефекта, его размере, координатах и глубине залегания. Действия оператора сводятся к смене партий контролируемых колец и выполнению действий: разбраковки кольца или продолжения эксплуатации, если кольцо является бездефектным.

Сделан вывод о необходимости комплексного мониторинга всех параметров процесса дефектоскопии колец подшипников и, в качестве основных выделены:

1) амплитуда принятого импульса, фиксируемого на экране дефектоскопа при заданном значении чувствительности,

2) промежуток времени, прошедший с момента отправки зондирующего импульса до принятия отраженного импульса,

3) положение пьезоэлектрического преобразователя на кольце подшипника, заданное координатами относительно выбранной точки начала отсчета.

Необходимым условием осуществления процесса поиска дефектов является автоматизация измерений указанных параметров. В ходе автоматизированного поиска дефектов возможно появление различного вида погрешностей, классификация которых приведена в диссертации. Оценено влияние каждого вида погрешности на процесс выявления дефектов.

В результате физического обоснования применимости УЗ метода показано, что он применим для локализации дефектов колец подшипников колесной пары вагона. Разработано методическое обоснование, достаточное для последующей автоматизации процесса в совокупности с экспериментальными исследованиями для локализации дефекта

В третьей главе приведено экспериментальное подтверждение возможности использования УЗ метода для обнаружения дефектов во внутренних кольцах буксовых подшипников типов 30-232726Л4М и 30-42726Л4М. Для этого проведены серии экспериментов на эталонных кольцах с дефектами известных размеров с использованием дефектоскопов УД2-12 и УДЗ-103. Проведенное сравнение позволяет уточнить применимость различных моделей дефектоскопов для рассматриваемых исследований. Показано, что каждый из них обладает характеристиками, достаточными для работы по обнаружению дефектов в кольцах подшипников.

Результаты представлены в виде снимков экрана и сохранены для дальнейшего анализа. Примеры снимков экрана дефектоскопа УДЗ-ЮЗ представлены на рисунке 2. Из рис. 2, а: 1 - область экрана дефектоскопа; 2 - рабочая зона, в которой фиксируются все дефекты, обнаруженные в результате проведения проверки. Рабочая зона формируется исходя из настроек, введенных на дефектоскопе (толщины контролируемого изделия); 3 -область вне рабочей зоны, в ней фиксируются все наводки и помехи. На рисунке 2, б паказан пример выявленного дефекта.

I : I : : : : : : 1

а б

Рис. 2. Снимки экрана дефектоскопа УДЗ-ЮЗ

После выбора и настройки дефектоскопа производится поиск эталонных дефектов. Значения определяемых параметров сведены в таблицы. Каждая таблица составляется для конкретного эталонного размера дефекта и отображает зависимость амплитуды отраженного импульса (в мм), фиксируемого на экране дефектоскопа от выставленного значения

чувствительности (в относительных единицах или Дб). Производится усреднение полученных значений для последующего анализа.

Произведено согласование результатов работы дефектоскопов УД2-12 и УДЗ-ЮЗ. Для первоначальной настройки дефектоскопа УД2-12 на необходимое значение чувствительности подготовлен образец с известными величинами дефектов, составлена градуировочная таблица.

Результаты дефектоскопии с использованием УДЗ-ЮЗ подтверждены проверкой колец на УД2-12, а также независимыми испытаниями в лаборатории неразрушающего контроля. По усредненным значениям амплитуд импульсов для дефектов различных диаметров, получена экспериментально-аналитическая зависимость, позволяющая определить минимальный различимый размер дефекта и построен график (рис. 3, а).

где А - амплитуда импульса, мм; 1 - размер дефекта, мм; а, Ь - коэффициенты, для данной формулы: а= 1,192; Ь = -0,609.

а б

Рис. 3. График, построенный по усредненным экспериментальным значениям (а) и график экспериментально-аналитической зависимости, полученный в Ма^Сас! (б)

На рис. 3, б построен график по выведенной зависимости в МаЛСаё. Пересечение с осью абсцисс - размер дефекта, начиная с которого перестает происходить увеличение амплитуды импульса на дисплее дефектоскопа, составляет 0,2 мм. Таким образом, минимальный фиксируемый дефект составляет 200 микрометров, что согласовывается с независимыми испытаниями НПФ «Ультракон-Сервис».

Полученная формула проверена путем теоретического расчета изменения значения амплитуды отраженного импульса (Л) и произведено сравнение со значениями (А э), рассчитанными при обработке результатов эксперимента.

Л0,3 = (-0,609 + Ж) = 0,132, Л0,3э = 0,13; (2)

А%,г = (-0,609 + УЩ = 0,504, Л1>3э = 0,5; (3)

А2 = (-0,609 + Щ = 0,549, А2э = 0,55; (4)

= ^ (-0,609 +Щ= 0,573, А3э = 0,575; (5)

А4 = ~ (-0,609 + 3л/4) = 0,583, А4э = 0,58. (6)

Таким образом, по формуле (1) точно рассчитывается значение амплитуды отраженного сигнала.

С помощью предложенной зависимости возможно определение размера произвольного фиксируемого дефекта. Для этого произведен дополнительный расчет площади поперечного сечения произвольного дефекта Б. Приведена итоговая формула для расчета:

5 =

(7)

2,74 0,146 , 1,75

= = + (8)

Таким образом, получена формула (7), позволяющая производить расчет площади поперечного сечения фиксируемого дефекта произвольной формы и определять размер дефекта по косвенным результатам оценки (чувствительность, изменение амплитуды принятого импульса).

Для фиксации дефектов в строении колец подшипников в лабораторных условиях университета и в лаборатории неразрушающего контроля ОАО «БМУС» изготовлены экспериментальные пьезоэлектрические преобразователи известного радиуса кривизны для обеспечения необходимого контакта датчика с исследуемой поверхностью кольца.

Проведены эксперименты по обнаружению дефектов в кольцах подшипников качения, результаты подготовлены для их последующей обработки. Получены снимки экранов, аналогичные приведенным выше. Составлены карты положений дефектов для каждого из подшипников. Пример карты представлен на рис. 4 (х — зарегистрированный дефект):

Длина, мм

Рис. 4. Пример развертки поверхности качения кольца с зарегистрированным дефектом

Таким образом, полученных данных достаточно для автоматизации процесса локализации дефектов.

Четвертая глава посвящена автоматизации процесса поиска и локализации дефектов в кольцах подшипников. Процесс состоит из двух основных этапов: записи данных, полученных с дефектоскопа УД2-12 на ПК в виде массива и обработки экспериментальных данных с использованием разработанного программного обеспечения.

Алгоритм работы разработанного программного обеспечения, необходимого для обработки полученных числовых массивов ПК в процессе функционирования системы, представлен на рис. 5.

Функциональная схема автоматизированной экспериментальной установки представлена на рис. 6.

Рис. 5. Алгоритм работы программы для формирования и обработки данных в экспериментальной установке

ТГ

шд

кольцо

ПЭП

УД Синхр.

МС

Т

АЦП ПК

Рис. 6. Функциональная схема экспериментальной установки ТГ -тахогенератор; ШД - шаговый двигатель; ПЭП - пьезоэлектрический преобразователь; УД - ультразвуковой дефектоскоп; МС - модуль синхронизации; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ПК - персональный компьютер

Производится сравнение элементов двух массивов в ячейках, содержащих значения амплитуд отраженных импульсов от дефектного участка, выявленного с целью определения размера дефекта по полученной формуле.

Алгоритм подпрограммы, определяющей глубину залегания дефекта (рис. 8, а), приведен на рис. 7.

сГ

Рис. 7. Алгоритм программы для определения глубины залегания дефекта Формула для расчета Ьвн примет вид

, д-Тзта

1гвн=^—. (9)

В случае, если квн > Н, произошло многократное отражение от дефекта и формула для расчета Ьв„ примет вид:

Ки=-;-. (10)

где Ьвк — глубина залегания дефекта в случае отсчета от внутренней границы кольца; Н - толщина кольца; -д - скорость луча в материале; а — угол ввода луча.

Погрешность определения координаты, связанная с углом ввода луча в исследуемую деталь, схематично изображена на рис. 8, б.

Рис. 8. Дефект, обнаруженный на глубине Ь (а) и определение погрешности расчета координаты (б)

Координата дефекта равна сумме расстояния, пройденного от момента начала поиска дефекта до его фиксации и величины х. Величина погрешности выразится из формулы, представленной ниже:

х = ■

1да

<П>

где х - величина сдвига в мм.

На рис. 9 изображены алгоритмы подпрограмм, разработанных для получения координат дефекта, выявленного в процессе сканирования и времени, прошедшего с начала поиска.

Рис. 9. Алгоритмы программ построения графиков обнаруженных дефектов в зависимости от выбранной размерности по оси абсцисс: миллиметры (а), секунды (б)

Координаты дефектов определяются исходя из условия равномерного вращения кольца подшипника. В момент фиксации дефекта определяется промежуток времени, прошедший с начала сканирования, следовательно, расстояние от выбранной точки начала отсчета. Вторая координата определяется исходя из номера сканируемой дорожки. Полученной информации достаточно для повторной установки прямого или наклонного ПЭП с целью дополнительного ручного контроля найденного дефекта, если это необходимо.

Для протяженных дефектов произведен расчет их длины, уточнения положения относительно поверхности кольца. Рассмотрены два случая фиксации протяженных дефектов. В первом случае (рис. 10) дефект расположен параллельно поверхности, по которой движется ПЭП. При этом величины Ь1 и Ь2 равны. Глубина залегания дефекта не изменяется. Протяженность дефекта равна расстоянию 8, которое прошел ПЭП за время фиксации.

Рис. 10. Расположение дефекта параллельно поверхности исспедуемоготелаа, b - размеры малой и большой полуосей

Формула для уточнения площади поперечного сечения дефекта:

с _ red2 _ 5,эл-со5(90°-а)

--1 (12)

где S31 = nab = rrd————л-n

эл cos(90 о-a) U-3J

Второй случай взаимного расположения поверхности, по которой происходит перемещение ПЭП и протяженного дефекта. Зондирующий импульс входит в исследуемый материал под углом, вычисляемым исходя из значений hi и Ъ2:

- при hi > h2 (рис. 11).

Рис. 11. Расположение дефекта в случае, когда Ы > Ь2 Протяженность дефекта в этом случае рассчитывается с поправкой на

его расположение.

I = -L., (14)

cosy

где 1 - реальная протяженность дефекта; 5 - расстояние, пройденное ПЭП по поверхности; у = а + /?.

Формула для уточнения площади поперечного сечения дефекта:

с _ _ S„-cos(flO°-Y)

J„ —--

при hi < h2 (рис. 12).

I =■

(16)

cosy

Рис. 12. Расположение дефекта в случае, когда Ы < Ь2 с _ лй^ _ 5эл-со5(90°-у)

•^п — —

(17)

На рис. 13 приведены алгоритмы подпрограмм для определения положения и протяженности произвольного дефекта.

Рис. 13. Алгоритм подпрограммы по определению положения (а) и протяженности (б) дефекта

Рис. 14. Установка автоматизированного поиска дефектов

Установка (рис. 14) состоит из ультразвукового дефектоскопа (используется модель УД2-12) 1, АЦП (используется модель ЛА2-ШВ) 2, персонального компь-

клера или ноутбука 3, пьезоэлектрического преобразователя (используется П121-5-40-002) 4, шагового двигателя 5 и установленной серии колец подшипников 6.

На первом этапе производится установка серии подшипников на вал, соединенный с шаговым двигателем. После фиксации подшипников происходит запуск установки автоматизированного поиска дефектов. ПЭП установлен на первом кольце. Шаговый двигатель производит 2 оборота кольца с одновременной записью показаний дефектоскопом от ПЭП. Аналоговый сигнал с УД2-12 снимается с помощью АЦП, преобразуется в числовой массив и поступает для обработки на ПК. Разработанное программное обеспечение, интерфейс которого представлен на рис. 15, а, по полученным данным производит поиск возможных дефектов. Если дефект обнаружен, то рассчитывается его размер, координаты и глубина залегания. Результаты выводятся на экран ПК. Одновременно с этим производится сдвиг ПЭП на расстояние, равное его ширине и алгоритм повторяется. После проверки серии колец специалистом на основании полученных данных выполняется разбраковка и смена серий.

; ; . ■.'-„■; / .....~ ■. "Т^ЕГШЗ" ■—» ' ' **■ •

1а1аЛМ«

-----------1

Рис. 15. Снимки экрана с окнами разработанного ПО: окно настроек (а), окно вывода результата (б)

Рассматривается практическое применение автоматизированной системы ультразвукового контроля для поиска неоднородностей в строении колец подшипников качения колесной пары вагона. Основными результатами работы программы являются графики, аналогичные представленному на рис. 15, б. Примеры графиков изображены на рис. 16.

По представленным графикам определяются основные параметры, необходимые для заключения о состоянии кольца подшипника: наличии дефекта, его размере, координатах и глубине залегания. Приводятся результаты локализации дефектов в серии из 51 кольца подшипников.

В результате процесса автоматизации подтверждена высокая повторяемость результатов. Проведена статистическая обработка результатов сканирования колец, которая показала, что, без учета приборной, максимальная погрешность эксперимента не превышает 4%. Полученные результаты позволили подготовить предложение по внедрению.

а

Рис. 16. Графики, характеризующие наличие, положение и размер дефектов в строении кольца подшипника. Положение определяется в зависимости от расстояния от начальной точки (а) или от времени, прошедшего с начала поиска (б)

Таким образом, подтверждена эффективность предложенного метода в производственных условиях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ научно-технической информации по неразрушающему контролю колец подшипников показал недостаточную эффективность существующих методов и позволил обосновать целесообразность совершенствования ультразвукового метода и средств его осуществления на основе автоматизации процессов сбора и обработки информации о наличии дефектов в структуре кольца.

2. Разработанное методическое обоснование по автоматизации ультразвукового контроля колец подшипников позволяет локализовать дефект (трещина), определить геометрические размеры и принять решение о качестве колец.

3. Экспериментально-аналитическим путем получена математическая зависимость, позволяющая определить минимальный фиксируемый размер дефекта порядка 200 микрометров, который способен выявить ультразвуковой дефектоскоп УДЗ-ЮЗ, что согласуется с результатами других исследователей.

4. Экспериментальные результаты подтверждают возможность оперативного выявления дефектов (в течение 3-5 минут), в частности, трещин, что необходимо для отбраковки колец и последующего их использования при восстановлении подшипников.

5. Разработана и реализована автоматизированная ультразвуковая экспериментальная установка со специализированным программным обеспечением для контроля внутренних колец буксовых подшипников типов 30-232726Л4М и 30-42726Л4М, на которой проверено 51 кольцо. Установка показала эффективность по локализации дефектов и рекомендована для внедрения на ремонтное предприятие.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Щеголев С.С. Составление градуировочной шкалы для дефектоскопа УДЗ-ЮЗ / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, A.A. Игнатьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. — 2013. — № 4 (73). -С. 132-136.

2. Щеголев С.С. Комплексный автоматизированный метод выявления дефектов колец подшипников / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков // Науковедение: электронный журнал. - 2014. - № 4 (23).

3. Щеголев С.С. Идентификация кольца подшипника как динамической системы при импульсном воздействии / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, С. А. Игнатьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. -2014.-№2(75)-С. 172-178.

4. Щеголев С.С. Алгоритм автоматизации ультразвукового метода дефектоскопии колец подшипников / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, В.В. Пого-раздов, М.Ю. Захарченко // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2014. - № 2 (75). - С. 216-219.

Публикации в других изданиях

5. Щеголев С.С. Автоматизация распознавания локальных дефектов поверхностей качения колец подшипников / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, A.A. Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2011 - С. 244-250.

6. Щеголев С.С. Экспериментальное обнаружение неоднородностей в строении внешнего кольца подшипника качения колесной пары вагона / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, В.В. Погораздов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2012. - С .202-207.

7. Щеголев С.С. Составление градуировочной шкалы по результатам исследования дефектов различных диаметров / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2013. - С. 242-248.

8. Щеголев С.С. Определение оптимального режима токарной обработки на основе анализа виброакустических колебаний / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, A.A. Игнатьев // Современные тенденции в науке: новый взгляд: сб. науч. тр. по материалам Междунар. заоч. науч.-практ. конф. -Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-наука-общество», 2011. - С. 153-154.

9. Щеголев С.С. Использование ультразвуковых методов для определения дефектов внешних колец подшипников качения колесной пары вагона / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, A.A. Игнатьев // Современные вопросы науки и образования - XXI век: сб. науч. тр. по материалам Междунар. заоч. науч.-практ. конф. - Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-наука-общество», 2012. -С. 160-161.

10. Щеголев С.С. Автоматизация распознавания дефектов колец подшипников колесной пары вагона / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков // Актуальные проблемы науки и образовании: прошлое, настоящее будущее: сб. науч. тр. по материалам Междунар. заоч. науч.-практ. конф. - Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-наука-общество», 2012. - С. 158-159."

11. Щеголев С.С. Выявление дефектов колец подшипников с помощью автоматизированного метода ультразвукового контроля/ С.С. Щеголев, А.Г. Мотков // Межвузовский сборник научно-технических статей. Вып. 34. — Вольск: ВВИМО, 2014. - С. 334-338.

12. Щеголев С.С. Алгоритм работы метода автоматизации ультразвукового контроля колец подшипников / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков // Межвузовский сборник научно-технических статей. Вып. 34. - Вольск: ВВИМО,

2014.-С. 338-343.

ЩЕГОЛЕВ Сергей Сергеевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФЕКТОВ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ МЕТОДОМ

Автореферат

Корректор Л.А. Скворцова

Подписано в печать 28.10.14 Бум. офсет. Тираж 100 экз.

Усл.-печ. л. 1,0 Заказ 158

Формат 60x84 1/16 Уч.-изд. л. 1,0 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел. 24-95-70, 99-87-39. E-mail: izdat@sstu.ru