автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Функциональное диагностирование рессорного подвешивания пассажирских вагонов

БРЯНСКИЙ

ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи ЮРЕВИЧ Борис Александрович

ЭДК Ъ29Л5/4о.0?7:65в.562

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ

05.22.07 -

Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидате технических наук

Брянск - 1989

Работа аь-полнена на кафедре "Вагоны к загонное хозяйство"

в Ленинградском ордена■Бенина и ордена Октябрьской Революции институте инженеров железнодорожного транспорта имени академика В,Н.Образцова.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Соколов Михаил Матвеевич

инициальные оппоненты: доктор технических наук, профессор«

Хусидов В.Д.

кандидат технических наук

Воробьев В.И.

ведуаее предприятие - Калининский филиал ВНИИ вагоностроения.-

Защита диссертации состоится " ¿6 " << 1989 года.

о /<0 часов 0 0_ минут на заседании специализированного

Совета К-063.28.0? Брянского ордена "Знак Почета" института транспортного машиностроения по адресу; 241035, г.Брянск,бульвар им. 50-яртия Октября, 7,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "" __1989 года.

Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенные печатью, нрогии направлять в Совет института.

Ученый секретарь специализированного Согета, кандидат технических наук, дочент ТгЛЛЛ-^' ^ Тихомиров В.П.

Що^С г их

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность та:.м. Основными наПр;озлзниями экономического и социального развития СССР на 1566-1900 годы к на период до 2000 года намечало обеспечить всемерное ускорив научно-технического прогресса, повсеместное применение его результатов в производства к управления, сфере обслужвалия и в биту. Перед железнодорожным транспортом наряду с другими задачами поставлено совершенствование организации эксплуатационной работы железных дорог, ремонта к содержания пути к подвижного состава, значительное повышение производительности локомотивов и вагонов.

В рамках этих задач одно из особых значений приобретает требование совершенствования методов технического обслуживания вагонов на базе новейцшх технологий с использованием аппаратурных диагностических устройств в целях обеспечения безопасности движения и снижения ремонтных трудозатрат.

Опит технического обслуживания пассажирских вагонов показывает, что их рессорное подвешивание в процессо эксплуатации снижает свои технические характеристики. Вследствие этого увеличивается динамическая погруженность экипажной части, сокращаются сроки службы рессорных систем и повышаются затраты на их ромонт и содержание, увеличиваются повреждения систем энергоснабжения, отопления и кондиционирования, ухудшаются комфортные условия для пассажиров.

Группами надежности Главного управления вагонного хозяйства установлено, что вследствие эксплуатации вагонов даже с частично поврежденными амортизирующими устройствами на 30-32 % повышается трудоемкость восстановительных работ почти всех агре-

гатзв при плановых видах ремонта. В связи с этим актуальное значение приобретают вопросы совершенствования средств и методов контроля технического состояния амортизирующих устройств, сбеспечкзающих'расчетные характеристики ходовых качеств вагонов.

Льдь работы. Разработка методики и устройства функционального диагностирования рессорного подвешивания пассажирских вагонов для совершенствования технического обслумгаания, повышения эксплуатационной надежности и обеспечения безопасности движения поездов.

Научная новизна .

1. Выполная анализ отказов рессорного подвешивания пассажирских вагонов с определением уровня их воздействия на ходовые качества экипажа.

'к. Разработана методика выявления вагонов с неисправным рессорным подкашиванием по параметрам вибрации к/зова.

3. Обоснована математическая модель вагона как динамической системы, обеспечивающая оценку технического состояния рессорного подвзашвания диагностическим устройством.

•1. Создала принципиальная схема диагностического прибора, контролирующего техническое состояние рессорного подвешивания пассажирских вагонов непосредственно в эксплуатации.

Практическая ценность и пяелг.енке. Роуработанн.гШ в диссертации католика диагностирования технического со-отоянля рессорного подвешивания пассаз^рсшх Бигоноя исш.льчу-гтоя в ичгошшх депо при совершенствовании \ехнслогических процессов для объективно/! оценки технического состоянии ходовых частой поездов и и первую очередь скоростных. 4

По предложенным функциональным и электрическим схемам Рижским филиалом ПКБ главного управления вагонного хозяйства изготовлена партия диагностических приборов - сигнализаторов неисправности рессорного подвешивания, которые внедрены на Октябрьской железной дороге. Использование этих приборов в технологическом процессе технического обслуживания высокоскоростных поездов позволило повысить надежность и безопасность их движения.

Прибор защищен авторским свидетельством на изобретение.

Апробация. Основные результата работ» докладывались на научно-техническом семинаре "Стандартизация » технической диагностике и обслуживание сложных 08016*1" (йв» 1981 г., г. Челябинск), на научно-практической конференции "Пробледа развития вагоностроения" (январь 1983 г., ШИЙВ, Москва), на научно-практических конференциях ЛИИЖТа (февраль 1965 г., Ленинград) и ХабИИЯТа (октябрь 1985 г.. Хабаровск и ДИИГа (май 198В г..Днепропетровск),

Диагностический прибор экспонировался на ВДНХ СССР в 1963 и 1964 годах. В 1986 г. он представлен на основной экспозиции павильона "Транспорт СССР" и отмечен медаль» .

Публикации. Основные.положения диссертации опубликованы в 4 статьях. По результатам исследований получено авторское свидетельство.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Материал диссертации излажен на 120 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 24 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕШНИЕ PAEOTÜ

So аведенля кратко обосновывается актуальность выбранной Т5:.и л направлений исследований. В диссертационной работе сформулированы цель, научная ноБизна, практическая ценность, реализация и апробация работы.

В подвой глазе диссертации проанализировано современное состояние проблемы диагностирования подвижного состава. Показано, что диагностирование является неотъемлемой частью общей с>;стс;.и обеспечения надежности, необходимых ходовых качеств экипажей, особенно в условиях интенсификации использования транспортных средств. Создание этих си с то;/, должно основываться на глубоких теоретических и экспериментальных исследованиях. Отмечается, что теория колебаний рельсовых экипажей получила наибольшее развитие в трудах советских ученых. Анализу колебаний и установлению параметров рессорного подвешивания посвятили свои работы Е.П. Ълохт, В.И. Варана, О.Б. Вершинский, Л.О. Грачева, Л.А. Кальняцкий, A.A. Камаев, В.А. Камаев, ß.K. Кутуранов, Л.Н. Никольский, М.11. Пахомов, А.Н. Савоськин,

Соколов, В.Ф. Ушкалов, В.Д. Хусидов, И.И. Челноков, Л.А. Ша-ДУР и другие.

Анализ устойчивости движения и параметров амортизации дается в работах М.Л. Коротенко, В.А. Лазарпна, A.A. Львова, H.A. Панькнна, Т.А. Тибилоаа. Бзаимодыстшш пути и окипажа широко отражено в работах U .v. Вериго, Л.О. Грачевой, А.Я. Когана, H.H. Кудрявцева, ¡/..П. Пахог.юва, ¡;... Яковлева. вопросам , динамики посвящены работ» зарубел.н.чх и'юлядоватолок Картера, К&р]1.',ана, Матшуи. 6

Параметры рессорного подвешивания вагонов устанавливались в последнее вреют научными коллективами BHiBKT, LSî/lT. ДШТ, БИТМ с использованием АНМ и ЦВМ.

Однако, как показал анализ, необходимы дополнительные исследования динамических качеств вагонов с учетом эксплуатационных изменений технического состояния рессорного подвеоивания. Это позволит разработать методики и средства диагностирования технического состояния ходовых частей в эксплуатации.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие научно-технические задачи:

- исследовалась возможность диагностирования рессорного подвешивания пассажирских вагонов при их эксплуатации в составе поезда;

- разрабатывачась методика и математическая модель для выявления вагонов с неисправным рессорным подвешиванием по параметрам вибрации кузова;

- создавалась блок-схема диагностического прибора я методика оценки технического состояния рессорного подвешивания вагонов в условиях эксплуатации.

Решение поставленных задач проводилось на основе теоретического анализа динамической нагруженности вагона на ЦВМ, а также экспериментальных исследований в лабораторных и поездных условиях.

Во второй гдлио диссертации выполнены теоретические исследования по оценке технического состояния рессорного подвешивания пассажирского вагона в состава поезда.

lia первпм птпо исследований для сопоставления функциональной и тестовой спетою диагностирования я оценки влияния можза-

7

гонншс связей на динамические показателя ходовых качеств были аналитически изучены вертикальные колебания трех одномассовых пассажирских вагонов (рис. I).

Рис. I. Расчетная схема диагностирования вагона в боставе поезда

Матёматическая модель колебаний принималась в следующем

виде:

/77ёг * С (г, - 2„г) ус,(гг2е)-£,аг%я)+

т¿л+с(г3-гнз¿т)-с,(га-га)-дгга-- ¿3)=о , т - масса кузова;

с - кесткость рессорного подвешивания в иежкузоз-ной связи;

Ji.fi - параметры неупругого сопротивления рессорного подвешивания и межкузовных связей; - вертикальные координаты центров масс вагонов;

7. 2,, 7 - обобщенное кинематическое возмущение на ках-дай вагон.

53 еа^етвв возмущающих воздействий принималась неровность рельсового пути по методике ВНЙЖТа.

В результата проведенных исследований установлено, что тшчя <яаг<гогй системы равна парциальной частоте свободных ко-

»сдельного вагона на упругом подвешивании, а остальные - визрастают пропорционально доле жесткости этих связей ог жесткости рессорного подвешивания. Межвагонное демпфирование в выбранных пределах не меняет в значительной мере расчетной величины гашения в рессорной подвешивании и слабо влияет на амплитуда вертикальных перемещений и ускорений кузова.

Полученные результаты о малом влиянии межвагонных связей на качественная характер динамической нагруженности вагона позволили нерейте ко второму этапу исследований с использованием расчетной схема четырехосного вагона с двойным рессорным подвешиванием (рис. 2).

Математическая модель колебаний этой системы принималась в следующем виде:

тъ - ~ггг)"0 г

яр - Щ()-о ;

где т1 ,2тТ - ыасси кузова к тэлекек;

С7 - момент инерции кузова относительно поперечной оси симметрии; с} - жесткость кузовной и тележечной ступени подвешивания;

Р - параметр неупругого, сопротивления кузовных ' гасителей колебаний; 2т> ~ вертикальные координаты центров масс нузова, тележки и колесных пар;

- продольная база кузова;

- угловая координата Галопирования кузова.

диагностирования пассажирского вагона

Исследования показали, что критерием ходовых качеств целесообразно принять ускорение ¿г и среднеквадратичное его 10

значение <3^ прг интегральной оценке. Это соответствует оценка по коэффициенту даяаьагчяости л кри?ср:гс плавности хода вагона. 3 то же время измерение ускорений осуществляется намного болев простыли средствами.

3 частно с?;:, анализ дисперсии ускорений кузова выявил Пропорциональность юс жесткости подвешивания сг \кГ к доле '-1- в тележёчной ступени (рис. 3).

Рис. 3. График засисимости относительного среднеквадратичного ускорения пятника кузова от параметров рессорного подвешивания

Фупкция ^К(г^) имеет минимум, которому соответствует оптимальное гашение колебаний.

По замеренному диагностическим прибором среднеквадратичному ускорению и график можно оценить параметры систе-

и тем самым оценить техническое состояние рессорного подвешивания.

На основе проведенных исследований установлено, что сред-

неквадратичноа значение ускорения кузова целесообразно представить в виде суммы некоторых уровней

к8 п

К'&Кр. ■

ускорение к -го уровня с частостью р . При этом кри-

где

терием качества к -то уровня ускорений будет произведение его на частость повторения. Величина, обратная частости, представляет собой разряд (оценку) ускорездф х -го уровня. При различной повторяемости пк этих уреэдай критерием оценки технического состояния рессорного водвевдаддаш становится суму»

= р^. Граничное значение этого критерия определено для удовлетворительного хода, полагая по оценке ШШЖТ допустимое ускорение стационарного режима 0,1 ^ .

На третьем этапе были проведены исслздэйания вертикальдах колебаний трехвагонного поезда по схеме, которая выполнялась на электронной модели с помощью ЗЦЩ СМ4.

Рис. 4. Расчетная схема диагностирования вагона в поезде с помощью электронной модели

Вертикальные колебания этой системы (рис, 4) описываются 12 дифференциальными уравнениями второго порядка* Для промежуточного вагона они имеют вид.*

гдё /rí, e? Wj. - массы кузова й тележек;

$ - момент инерции кузова относительно поперечной оси сишётраи;

с, Ст - жесткость кузОЁйой а твдежвчной ступени подвешивания;

СВ,ГВ - жесткость я cuta трения межкузойного соединения;

fi>K - параметр сопро1ивлййяя кузовных гидравлических

гасителей колабайий я сила тренхя в вшянтовах одного вагона;

ZL,fL - линейные и угловые координаты вертикальных колебаний кузова вагойа}

аг. - относительное вертикальное перемещение сцепок соседних вагонов;

- вертикальная координата центра масс первой и второй тележек б -го вагона;

- вертикальная координата ^ -той колесной пары ( ^ = 1,2,3,4) ¿-го вагона ( £ = 1,2,3);

- поперечная база квазисимметричного кузова;

- расстояние от центра масс вагона до оси автосцепки.

Возмущения, действующие на вагон при его движении по стыковому пути, задавались на основе методики ВНИИКТ.

Графики среднеквадратичных ускорений пятников вагонов в зависимости от скорости движения и величины гвдрогашения показывают, что для различных вагонов они расходятся незначительно. Установлено малое влияние ограниченной-упругости и гашения в межкузовных связях как на характер кривых, так и на величину критерия ходовых качеств. Наложенные дополнительные упругие связи уменьшают колебания кузова. Вязкое трение в межкузовних связях может быть эффективным из-за отсутствия передачи через них возмущений от пути. Сухое трение обусловливает высокочастотные изменения ускорений кузова и вследствие низкого качества гашения снижает ого эффективность.

Проведенные исследования показали возможность практической оценки ходовых качеств вагона без учета межкузовных связей и создание автономного диагностического прибора, установленного па каждом из вагонов.

I? третьей главе приведены исследования по разработке диагностического прибора - сигнализатора неисправности рессорного подттшшл и ого испытания в лабораторных и наездных условиях. 14

В соответствии с результатами теоретических исследований алгоритм оперативных функций диагностического прибора включает; реакцию на ускорения кузова, превышающие значения 0,С6 ; калибровку регистрируемых пороговых значений числовыми индексами; суммирование числовых индексов фиксируемых виброимпульссв, действующих в единицу времени (I мин.); сравнение полученной суммы с чистовым критерием, соответствующим вероятностному неудовлетворительному состоянию амортизирующих устройств вагона, определение количества интервалов временя, в точение которых состояние РП вагона отмечено как неудовлетворительное.

Для реализации алгоритма разработана функциональная структурная (рис. 5) и электрическая схемы прибора.

Рис. 5. Функционально-структурная схема диагностического прибора

Г - датчик виброускорений; 2 - согласующее устройство;

3 - полосовой фильтр; 4 - усилитель; 5 - блок компараторов;

6 - блок присвоения числовых значений; 7 - сумматор;

8 - схема сравнения; 9 - счетчик; 10 - цифровой индикатор;

II - таймер; 12 - блок питания

На первом этапе стендовых испытаний апробировалась чувствительность компараторов при гармошгчоскоы и случайном воздействиях на датчик шброускорониЛ. Гармоническое возмущошю задавалось с помощью эксцентрикового стенда, способного создавать вопдойотвкс с частотам от О,С до С Гц к амплитудаьа от 3,5 до

15

24 т.

Испытания прибора при случайном воздействии на датчик производились о использованием магнитной записи, динамического процесса кузова вагона в реальных условиях. Показания компараторов прибора с осцзышохрафическим изображением динамического процесса фиксировались на ленте самописца. Стендовыми испытаниями установлено, что погрешность фиксации пороговых значений' ускорений прибором йэ превышала 3 % ,

Ходовые испытания диагностического прибора проводились в два этапа. На первом этапа исследований уточнялся выбранный критерий оценки технического состояния вагона по пороговым-значениям амплитуд ускорений. Испытания проводились на вагойй-лаборатории ЛИЖТа & 138, включенном в состав скоростного йо-езда 259/260 на лшши Москва-Ленинград. Каждый прибор йШ настроен иа регистрацию амплитуд ускорений одного из выбрай'ных пороговых значеиий. В поездках имитировались неисправности' рессорного подвешивания путем выключения из работы последовательно одного, двух и трех гидрогасигелей. При этом зафиксировано существенное увеличение частости появления ускорений выше' 0,12 и 0,15 ^ . Предельное значение Критерия интегральной оценки Ж = 130 превышалось только в случае выхода из строя хотя бы одного гасителя колебаний. При этом наибольшая доля амплитуд ускорений превышает пороговое значение 0,09 (j-.

Для проверки технического состояния И1 вагонов в поезде разработана специальная методика. В соответствии с ней вагоны поездов маршрутного назначения должны подвергаться проверке не менее одного раза в месяц. С этой целью все вагоны пооз-16

да в пункте отправления оборудуются переносными приборами СНРП. Включение их производится перед отправлением поезда. Показания прибора записываются поездным электромехаником в пункте прибытия или по истечения контрольного срока (не менее двух часов хода поезда). Вагоны с наибольшими показаниями приборов, превышающими среднее значение в два раза, бракуют по неисправности рессорного подвешивания и они должны быть подвергнуты проверке для поэлементного определения технического состояния гидрогасителей или упругих элементов.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили основные положения теоретических разделов диссертации.

В четвертой главе приводится технико-экономический расчет внедрения приборов СНРП на железнодорожном транспорте.

ОЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Показана необходимость широкого внедрения объективных методов контроля технического состояния пассажирских вагонов

на осиово современных систем диагностирования для повышения безопасности движения поездов и создания комфортных условий проезда пассажиров.

2. Установлена возможность диагностирования рессорного подвешивания пассажирских вагонов при их эксплуатации в составе поезда по уровням вертикальных ускорони"! в заданные интервалы времени движения вагона.

3. Разработана математическая модель и методика диагностирования вагона, позволяющая по инт'л'ральным характеристикам

его динамической нагруженности выявить основные неисправности рессорного подвешивания.

4. Определено, что изолированный вагон ввиду блочной структуры можно диагностировать по блокам россорного подвешивания.

5. Предложено в качестве критерия предельного состояния рессорного подвешивания пассажирского вагона }тркккг,;ать сумму пороговых значении ускорений кузова в заданной интервала времени с учетом весовых коэффициентов.

6. Разработана методика к создан прибор для проведения функционального диагностирования технического состояния рессорного подвешивания в поездных условиях эксплуатации. Методика и средство диагностирования рекомендуются для включения в типовой технологический процесс обслуживания пассажирских вагонов.

7. Опытная партия приборов для обнаружения отказов рессорного подвешивания внедрена в вагонном хозяйстве Октябрьской железной дороги. Годовой экономический эффект от внедрения одного прибора составляет 1230 рублей.

. Список основных работ по томе диссертации

1. Диагностирование гидравлических амортизаторов транспортных машин. 3 кн.: Стандартизация в технической диагностике и обслуживание сложных систем. Тезисы докладов научно-тохничос-кого семинара, г. Челябинск, 1061, с. 14 - (в соавторстве).

2. Разработка сигнализатора неисправности россорного подвешивания пассажирски вагонов. Сб. трудов ЛИИЕТ , 1982, с. 2213