автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Исследование технологических и технических направлений с целью повышения эксплуатационной надежности электропоездов в пригородном сообщении

11-4

484

Международный межакадемический союз

На правах рукописи

Процкий Александр Васильевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ В ПРИГОРОДНОМ СООБЩЕНИИ

Специальность: 05.02.22 - Организация производства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада.

Москва 2011 г.

Работа выполнена в ОАО «Российские железные дороги»

Научный руководитель: доктор технических наук,

начальник Горьковской железной дороги -филиала ОАО «РЖД» Лесун Анатолий Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Спиридонов Эрнст Серафимович доктор технических наук Миронов Леонид Алексеевич

Защита состоится « /Г об 2011 года на заседании диссертационного совета Д.06.024.МАИ 032 Высшей Межакадемической аттестационной

комиссии.

С диссертацией в форме научного доклада можно ознакомиться в диссертационном совете Д.06.024.МАИ 032.

Автореферат разослан_2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Г.Е. Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

В условиях реформирования ОАО «Российские железные дороги» (ОАО «РЖД») одним из важнейших показателей, от которого зависит бесперебойная эксплуатационная работа железнодорожного транспорта, является безопасность движения.

Создание эффективной системы выявления и предупреждения рисков возникновения транспортных происшествий, связанных с нарушением требований безопасности, одна из основных задач всех железных дорог России.

Прогнозный анализ позволяет сделать определенные выводы об уровне риска наступления отдельных нарушений, выработать мероприятия по снижению их негативного влияния, обеспечить адресность проводимых корректирующих мер и более рациональное использование финансовых ресурсов, направляемых ОАО «РЖД» на обеспечение безопасности движения.

Финансово-экономический кризис существенно ограничил возможности Компании, вынудив более чем в 1,6 раза сократить инвестиционную программу по безопасности движения в 2009 году. И тем не менее, ОАО «РЖД» выделила 263 млрд. рублей на обновление основных фондов. В 2010 году на эти цели решением Совета директоров ОАО «РЖД» было выделено 270,5 млрд. рублей.

Сокращение инвестиционных вложений сказалось на техническом состоянии подвижного состава, в том числе и на электропоезда в пригородном сообщении. Анализ состояния безопасности движения за 2007-2010 года показывает, что доля событий, связанных с отказами технических средств (неисправность технических средств, в результате которой допущена задержка поезда сверх времени, установленного графиком движения, на один час и более, отцепка вагона от грузового поезда в пути следования из-за нагрева буксы или других технических неисправностей), угрожающе велика и достигает 80% от общего количества отказов. Эта цифра также справедлива и по пригородному подвижному составу.

Поэтому изыскание путей повышения качества ремонта и, как следствие, повышение эксплуатационной надежности электропоездов, учитывая степень износа, превышающую 70%, а также социальную значимость перевозки пассажиров в пригородном сообщении, является, несомненно, актуальным.

Цели и задачи исследования.

Целью данной работы являются исследование и определение технических и организационных решений для дальнейшего повышения эксплуатационной надежности электропоездов в пригородном сообщении.

В связи с этим:

1. Проведен анализ современных методов неразрушающего контроля применяемых для железнодорожного транспорта.

2. Исследованы возможности применения современных методов неразрушающего контроля (вибрация и акустическая эмиссия).

3. Предложен комплексно-замкнутый принцип построения диагностических комплексов в условиях ремонтных депо.

4. Реализован метод пооперационного контроля, позволяющий выстроить активную систему управления качеством при ремонте ходовых частей электропоездов в пригородном сообщении.

5. Разработаны принципы формирования электропоездов с близкими эксплуатационными ресурсами.

6. Разработаны технические требования на создание замкнутых диагностических комплеков.

7 Разработан технологический маршрут, позволяющий отбраковывать узлы и детали ходовых частей электропоездов не только при наличии брака, но и выявлять зарождающиеся микротрещины.

Научная новизна диссертации.

Научную новизну диссертации составляют:

1. Выбор современных и наиболее информативных методов диагностики.

2. Принцип построения сквозных диагностических комплексных для депо, ремонтирующих электропоезда.

3. Методы совмещенной взаимодополняющей диагностики.

4. Система управления качеством ремонта ходовых частей электропоездов.

5. Принцип компоновки электропоездов по коэффициенту качества их ходовых частей.

6. Метод акустической эмиссии в динамическом режиме для диагностики колесных пар на стационарных стендах.

7. Технологический маршрут, позволяющий определить на стадии ремонта зарождающиеся микротрещины, склонные к их дальнейшему росту.

Практическая значимость работы.

В процессе выполнения диссертационного исследования определены реальные технические и научные направления, позволившие уже на стадии выполнения данной работы получить первые практические результаты.

Заключен договор на поставку, созданных по данной теме комплексов на Горьковскую железную дорогу-филиал ОАО «РЖД».

Структура и объем работы.

Научный доклад состоит из четырех глав, заключения, списка научных трудов по выполненной теме и списка использованной литературы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ НАУЧНОГО ДОКЛАДА

Глава 1. Постановка задачи.

В деятельности ОАО «РЖД» перевозке пассажиров в пригородном сообщении уделяется серьезное внимание.

Проводятся работы по увеличению интенсивности движении электропоездов в пригородном сообщении за счет сокращения межпоездных интервалов при сохранении требований по безопасности движении (интервальное регулирование).

Осуществляется переход на координатные методы позиционирования подвижного состава при управлении движением поездов на базе широкого использования радиоканалов связи.

Функциональная стратегия обеспечения гарантированной безопасности и устойчивости перевозочного процесса потребовали создание Ситуационного центра, который является неотъемлемой частью интеллектуального железнодорожного транспорта, включая мониторинг технического состояния электропоездов в пригородном сообщении.

Несмотря на эти и другие инновационные решения их эффективность в настоящее время труднореализуема.

Одной из причин является низкая достоверность диагностики подшипников, буксовых узлов, колесных пар в пригородных ремонтных депо.

Так в пригородном ремонтном депо Горький-Московский Горьковской железной дороги-филиала ОАО «РЖД» в 2009 году на 94 продиагностированные колесные пары приходилась одна отцепка вагона по браку буксового узла, в 2010 году на 41 продиагностированную колесную пару приходилась одна отцепка вагона по браку буксового узла.

Несколько выше отраслевые показатели по отцепке вагонов электропоездов по браку буксового узла (2009 - 103; 2010 - 64).

В Центральной дирекции по ремонту грузовых вагонов, являющейся далеко не передовой по безопасности перевозок, эти показатели составили в 2009 году - 438, в 2010 - 376.

Причина такой низкой достоверности заключается в использовании устаревшего и разнотипного диагностического оборудования.

К его недостаткам следует отнести отсутствие комплексного решения диагностического маршрута, низкий уровень защищенности от электромагнитного излучения, а самое главное не исключается вмешательство оператора в процедурную последовательность процесса диагностики, формирование конечного результата и возможность протокольной фальсификации.

Поэтому первоначальной задачей данной исследовательской работы является повышение достоверности диагностики ремонтных работ путем разработки современного замкнутого диагностического комплекса, который должен основываться на современных методах контроля, включая возможность их интеграции в единой измерительной системе, используя последние достижения микроэлектроники, максимально исключив воздействие электромагнитного излучения, обеспечить получение высокой достоверности диагностических результатов, убрав из этого процесса оператора.

Такой комплекс должен позволить получать пооперационную информацию, статистически обрабатывать результаты диагностики и на этой основе реализовать систему управления качеством ремонта пригородных депо.

Третий путь к повышения эксплуатационной надежности электропоездов, учитывая маломерность пригородных составов, формировать их по принципу подбора вагонов с одинаковыми или близкими эксплуатационными ресурсами на основе конечных диагностических результатах полученных в ремонтных депо. Это позволит значительно уменьшить внеплановые остановки электропоездов по причине выхода из строя элементов ходовых частей вагонов.

В постановочном плане задача исследования сводится: создание современного диагностического комплекса для пригородных ремонтных депо;

разработка системы качества ремонта;

организация формирования электропоездов с идентичным эксплуатационным ресурсом ходовых частей вагонов.

Глава 2. Технический уровень современных методов неразрушающего контроля применительно к железнодорожному транспорту.

Достоверность диагностики может быть достигнута путем создания комплексно-замкнутых систем. За счет разработки совмещенных методов диагностики, расширения диагностических частотных диапазонов от единиц килогерц до мегагерцового диапазона. Анализ и оптимальный выбор средств неразрушающего контроля для железнодорожных технологий является одним из основополагающих этапов данного исследования.

В железнодорожных депо сети ОАО «РЖД» в настоящее время применяются следующие методы неразрушающего контроля: визуально-измерительный; ультразвуковой, магнитопорошковый, вихретоковый; вибрационный [1,2,3,4], причем преобладающий объем работ по неразрушающему контролю проводится вручную, без ведения электронных баз данных все результаты, как правило, записываются оператором в журналы и не систематизируются. При этом трудоемкость контроля остается весьма высокой, а его достоверность существенно зависит от квалификации и практического опыта дефектоскописта. И при существующем многообразии различных методов неразрушающего контроля пропуски опасных дефектов элементов колесных пар (трещины, раковины в элементах буксового подшипника качения) при проведении дефектоскопии имеют место быть. Но даже если колесная пара в условиях депо признана годной в ней (как и в любом изделии) всегда присутствуют микродефекты, которые в движении могут себя повести как угодно, например, микротрещина может за короткий период времени вырасти в макротрещину и произойдет разрушение.

Ультразвуковой контроль

Ультразвуковой метод контроля получил широкое применение в железнодорожном хозяйстве. [5]

Ультразвуковые колебания широко применяются для контроля качества (наличия/отсутствия дефектов) материала, сварных соединений и др. Для этих целей пьезоэлектрическим преобразователем возбуждаются ультразвуковые колебания. Возбуждение их происходит в результате так называемого пьезоэффекта электрические колебания, поданные на пластину пьезопреобразователя, преобразуются в механические. Частота колебаний, возбуждаемая ультразвуком, может варьироваться в широких пределах от 0,5 -1,0 Гц до 20 МГц. Между изделием и ультразвуковым преобразователем создается акустический контакт путем введения слоя консистентной специальной жидкости. По числовым значениям скорости и времени прохождения ультразвука определяются координаты дефекта. Амплитуда на приборе характеризует размеры дефекта.

Данный метод наиболее распространен (после визуального) в железнодорожных депо для диагностики осей и колес железнодорожных вагонов. Но у него имеются ряд недостатков:

• отсутствие в достаточном количестве высококвалифицированных специалистов, а также все возрастающие объемы контроля неизбежно ведут к отрицательному влиянию человеческого фактора на качество контроля;

• другой проблемой является большая продолжительность контроля колесной пары. Согласно типовым нормам времени, которые разработаны для опытного внедрения, время контроля одной колесной пары составляет 60-70 минут;

• УЗК метод требует подготовки поверхности объекта контроля.

Все это, так или иначе, приводит к необходимости работы в направлении автоматизации процесса, создания новых систем на основе других методов контроля.

Магнитные методы контроля.

Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитного потока рассеяния, создаваемого различными дефектами в намагниченных изделиях из ферромагнитных материалов.[6] Магнитный поток, распространяясь по изделию и встречая на своем пути дефект, огибает его вследствие того, что магнитная проницаемость дефекта значительно (в 1000 раз) больше магнитной проницаемости основного материала. В результате этого часть магнитно-силовых линий вытесняется дефектом на поверхность, образуя местный магнитный поток рассеяния. Возмущение потока происходит тем сильнее, чем большее препятствие представляет собой дефект. Но если дефект расположен вдоль направления магнитных силовых линий, то возмущение магнитного потока невелико, в то время как тот же дефект, расположенный перпендикулярно или наклонно направлению магнитного потока, создает значительный поток рассеяния.

В зависимости от способа регистрации магнитного потока рассеяния магнитные методы контроля подразделяют на магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый.

Сущность магнитопорошкового метода заключается в том, что на поверхность намагниченной детали наносят ферромагнитный порошок в виде суспензии с керосином, маслом или мыльным раствором (мокрый метод). Под действием втягивающей силы магнитных полей рассеяния частицы порошка перемещаются на поверхности деталей и скапливаются в виде валиков над дефектами. Форма этих скоплений соответствует очертаниям выявляемых дефектов.

После контроля изделие необходимо размагнитить.

Чувствительность контроля магнитопорошкового метода зависит от ряда факторов: размера частиц порошка и способа его нанесения, напряженности приложенного намагничивающего поля, формы, размера и глубины залегания дефектов, а также от их ориентации относительно

поверхности изделия и направления намагничивания, состояния и формы поверхности, способа намагничивания.

При контроле магнитными методами наиболее хорошо выявляются плоскостные дефекты деталей: трещины, непровары и несплавление, наибольший размер которых ориентирован под прямым или близким к нему углом относительно направления магнитного потока. Дефекты округлой формы (поры, шлаковые включения, раковины) не могут создавать достаточного потока рассеяния и, как правило, при контроле обнаруживаются плохо. Практикой установлено, что магнитопорошковым методом выявляются поверхностные и подповерхностные (на глубине не более 2 мм) трещины с раскрытием от 0,01 мм, глубиной (высотой дефекта) от 0 0,5 мм и длиной 0,5 мм и более. Наибольшая чувствительность магнитопорошкового метода достигается при контроле гладко обработанных поверхностей.

Вибрационный метод неразрушающего контроля.

В настоящий момент применяются следующие методы оценки технического состояния объекта контроля по вибрации в железнодорожных депо сети ОАО «РЖД»: среднеквадратичное значение вибрации (СКЗ), Пик/СКЗ, параметр эксцесса, спектр вибрации (автоспектр), спектр огибающей вибрации. [7]

Методы диагностирования основаны на анализе вибрации, создаваемых в подшипниках качения и зубчатых передачах силами трения. Одним из методов поиска дефектов, нашедших широкое применение, является частотный (спектральный) анализ вибрации, позволяющий разделить её на компоненты разной частоты, возбуждаемые разными источниками колебательных сил и имеющие разную природу и разные свойства.

Наличие дефекта в подшипнике качения или зубчатой передаче при их вращении приводит к появлению в вибросигнале интенсивных спектральных

составляющих, положение которых на частотной оси зависит от места расположения дефекта, скорости вращения и геометрических размеров диагностируемых узлов. Амплитуда этих спектральных составляющих определяет степень развития того или иного дефекта. Таким образом, частотный анализ спектра вибросигнала позволяет определять как сам дефект, так и место его расположения.

В дополнение частотному методу поиска дефектов используется метод статистической оценки временного сигнала вибрации анализируемого узла. Среднеквадратическое значение амплитуды сигнала вибрации (СКЗ) используется для выявления дефектов, распределенных по поверхности элементов качения подшипника, таких как, дефекты смазки, коррозия, шелушение наружных колец, внутренних колец и тел качения. Коэффициент эксцесс устанавливает факт наличия в вибросигнале ударных составляющих. Для поиска зарождающихся дефектов используется метод огибающей высокочастотной части вибросигнала.

Системы вибродиагностики в вагонных депо за последние десять лет получили большое развитие. Они существенно подняли на новый уровень качество ремонта буксовых подшипников качения, идущих в эксплуатацию, но в силу своей физической природы данный метод ограничен следующими факторами:

вибрационный метод выявляет только дефекты, которые оказывают влияние на жесткость объекта как целиковой конструкции. То есть это уже существенные дефекты;

• выявление только поверхностных дефектов;

• применение на настоящий момент ограничено, либо подшипниками качения, либо зубчатыми передачами;

• методами вибродиагностики можно установить факт наличия в том или ином элементе подшипника дефекта, но никак нельзя оценить его геометрические размеры и пространственную ориентацию в объекте.

Количество систем вибродиагностики в последнее время существенно увеличилось, но как показывает практика их эксплуатации в железнодорожных депо, количество отцепов по грению буксового узла не сокращается, а на некоторых дорогах даже увеличивается. Это вызвано тем, что технологический процесс проведения диагностики и принятие решения по объекту контроля «годен/брак» в данных системах вибрационного контроля во многом зависят от человеческого фактора: квалификации, наличия возможности оператора-дефектоскописта вмешиваться в процесс вибродиагностики и т.д.

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Метод основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в объекте контроля этим полем. [8]

Данный метод применяют для контроля деталей, изготовленных из электропроводящих материалов (ролики, кольца подшипников качения).

Особенности, присущие вихретоковым методам: многопараметровость, бесконтактный контроль, нечувствительность к изменению влажности давления и загрязненности газовой среды и поверхности объектов контроля непроводящими веществами.

Вихретоковые методы имеют два основных и существенных ограничения:

• во-первых, их применяют только для контроля электропроводящих изделий;

• во-вторых, они имеют малую глубину контроля, связанную с особенностями проникновения электромагнитных волн в объект контроля.

Контрольно измерительные задачи, решаемые с помощью вихретоковых методов контроля подшипников качения в роликовых отделениях:

- обнаружение трещин, раковин, неметаллических включений и других видов нарушений сплошности;

Неразрушающий контроль осуществляют с помощью СНК (средств неразру тающего контроля): приборов-дефектоскопов и стандартных образцов.

Дефектоскопы представляют собой приборы и установки, предназначенные для обнаружения дефектов типа сплошности.

Дефектоскопы выявляют дефекты в изделии, с установленной погрешностью его размеры и местонахождение. Некоторые дефектоскопы способны обнаруживать дефекты, определять глубину их и координаты относительно плоскостей изделия. Но все они в силу особенностей вихретокового метода неразрушающего контроля требуют:

• стандартного образца, с заранее подготовленным искусственным дефектом, что влечет за собой ограничения на размер выявляемого фактического дефекта;

высокой квалификации человека, производящего контроль.

Акустикоэмиссионный метод неразрушающего контроля. [9]

До сих пор реально акустикоэмиссионный метод неразрушающего контроля (АЭ) применяется в опытных образцах систем, которые контролируют конструкции при их движении. В условиях подвижного состава сами вагоны и локомотивы для АЭ датчиков выполняют функцию нагрузки, при которой возможно появление зарождающихся трещин.

Для возможности применения АЭ в статических условиях была рассмотрена система диагностики колесных пар в движении. [10]

Система включает в себя:

• датчики акустической эмиссии;

• датчики угла поворота колесной пары;

• устройство сбора и первичной обработки данных на базе промышленного компьютера;

• устройство точного позиционирования;

• устройство точного хранения и передачи данных;

• программное обеспечение с автоматической постановкой диагноза со степенью опасности выявленных дефектов.

Требования к системе мониторинга в движении на основе АЭ метода:

• должна быть решена проблема выделения полезного сигнала из общего шума при движении состава;

• система динамического мониторинга должна иметь динамический диапазон до 110 дБ;

• определение времени прихода сигналов и с какой колесной пары, вплоть до точки контроля;

• перечень дефектов, которые система должна выявлять: внутренние, по всему объему металла дефекты колеса; внутренние, по всему объему металла дефекты оси;

• выявлять и регистрировать развивающиеся дефекты металлургического и эксплуатационного происхождения по всей поверхности элементов колесных пар оси и колеса, кроме того уметь классифицировать данные дефекты не по размерам (или другим второстепенным и косвенным признакам катастрофической ситуации), а по степени их опасности для контролируемого объекта;

• система должна обладать высокой чувствительностью к растущим дефектам относительно других методов;

• система должна выявлять дефекты независимо от геометрической формы, положения и ориентации.

Характерные особенности и достоинства системы диагностики

элементов колесных пар качения на основе метода АЭ.

Интегральность, которая заключается в том, что используется несколько преобразователей АЭ, соответственно диагностируется весь объект.

• Дистанционность, которая позволяет производить контроль объектов

при значительном удалении от объекта.

• Возможность контроля в реальном масштабе времени (в процессе работы объекта), что позволяет предотвратить катастрофическое разрушение контролируемого объекта и производить прогнозирование технического состояния объекта.

Меньшее количество ограничений, связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов, чем для других методов НК. Например, неоднородность материала оказывает большое влияние на показания ультразвукового метода, тогда как для АЭ данные свойства материала не имеют существенного значения. Поэтому у систем на основе метода АЭ более широкий диапазон применения (по материалам).

Высокое (возможно, максимальное) соотношение

эффективность/стоимость в области систем диагностики основанных на других методах неразрушающего контроля.

К объему экспериментальных и научно-исследовательских работ, при создании системы мониторинга колесной пары в движении на основе метода АЭ, следует отнести:

установку мест датчиков акустической эмиссии на колесных парах и их количество;

определение оптимальных частотных диапазонов акустоэмиссионных сигналов;

разработку алгоритмов предварительной обработки акустоэмиссионных сигналов;

разработку методов пост-обработки диагностической информации с выдачей прогнозных рекомендаций на основе степени опасности выявленных дефектов;

передача по радиоканалу акустоэмиссионной информации в компьютер, находящийся в кабине машиниста;

• достоверность системы должна быть не ниже 99%.

В дальнейшей работе была поставлена задача использовать результаты АЭ в движении для разработки стационарных систем диагностики в условиях пригородных ремонтных депо.

Глава 3. Разработка замкнутых диагностических комплексов для ремонта электропоездов в пригородном сообщении.

Разработка строится из условий охвата диагностическим маршрутом ремонтных операций подшипников, буксовых узлов, колесных пар, электродвигателей, колесно-редукторных блоков (КРБ) на стенде и в составе электропоезда.

В состав диагностического комплекса входят системы:

- совмещенная система диагностики подшипников;

- АЭ система диагностики колесных пар;

- система диагностики буксовых узлов колесных пар;

- система диагностики электродвигателей на стенде;

- система диагностики КРБ в сборе на стенде;

- система диагностики КРБ под моторным вагоном.

Совмещенная система диагностики подшипников (Рис. 1) предназначена для входного и/или выходного контроля подшипников в роликовых отделениях при ремонте подвижного состава в депо.

В системе реализованы вибро и АЭ диагностики.

Особенность системы заключается в том, что на одном стенде производятся диагностика подшипников на основе раздельного анализа вибро-и АЭ сигналов. (Рис. 2) Для этого на внешнее кольцо подшипника монтируется два пьезоакселерометра и два АЭ датчика. Путем проведения секторной нагрузки выполняются условия контроля как для вибро- так и для АЭ. (Рис. 3)

Акустоэмиссионные датчики

Пьезоэлектрические датчики

Рис.2

Цикличные нагружатели

Рис.3

По диагностическому циклу первоначально производится АЭ контроль. В случае наличия зарождающейся микротрещины, процесс диагностики прекращается (Рис.За), а при нормальном АЭ сигнале процесс контроля продолжается (Рис.36). Затем проводится вибродиагностика подшипника и при нормальных результатах (Рис.Зв) он поступает на сборку буксового узла, а

если вибросигнал превышает допустимый - подшипник бракуется (Рис.Зг).

О 200 400 600 800 1000 о 200 400 600 800 1000

Рис.За Рис.36

, . 1,1 1 ........ц.

I 1

Рис.Зг

Система устанавливается в роликовом отделении и позволяет исключить попадание на следующий технологический цикл сборки, и в дальнейшем в эксплуатацию, подшипников с дефектами. Особенность системы - возможность автоматического цикла диагностики с контролем всех элементов подшипника (включая всю поверхность катания неподвижного наружного кольца). Программное обеспечение системы исключает повторное измерение одного подшипника под разными номерами, то есть полное исключение человеческого фактора из процесса диагностики. Система полностью защищена от электромагнитного излучения.

АЭ система диагностики колесных пар.

Разработка АЭ системы для диагностики колесных пар в условиях пригородных депо (Рис. 4) прошла несколько стадий экспериментальных исследований.

Рис.4

Диагностика колесных пар при статических нагрузках (Рис. 5а) показала, что в этом варианте имеются мертвые зоны. В которых зарождающиеся трещины не могут быть выявлены. Диагностика колесных пар при динамическом нагружении, с использованием дистанционного снятия информации (Рис. 56) является крайне нестабильной и требует постоянного контроля и поднастройки зазора между двумя разделенными АЭ датчиками.

Рис.5а

Рис.56

Исследования показали, что необходимо в данной системе сохранить динамическое нагружение и при этом предложить вместо дистанционного снятия информации использовать классический единый АЭ датчик. Такая схема была разработана (Рис. 5в). В этом варианте привод колесной пары исполняет одновременно две функции: вращение колесной пары и регламентированное ее нагружение.

X I

>

А Р

О

Рис.5в

Проблема получение системы снятия устойчивой информации была решена путем вмонтирования АЭ датчиков в неподвижные центры, в которых вращаются установленные диагностируемые колесные пары. Последующие испытания подтвердили правильность выбранного решения и в настоящее время ведется разработка промышленного образца АЭ системы диагностики колесных пар электропоездов.

Система вибродиагностики колесных пар на стенде (Рис. 6) осуществляет контроль подшипников качения буксовых узлов прицепных вагонов. [12]

Современная схема аппаратной части систем вибродагностики

ц/'Н А^^А-*

Одинаковые объекты контроля

Рис.6

Особенностью данной системы является то, что процесс диагностики осуществляется в автоматическом цикле. Стенд вращения колесной пары встроен в технологическую цепочку ремонта колесных пар (нет поворотного устройства). Стенд вращения колесной пары может быть оснащен узлом

Разные объекты контроля

осевого нагружения. Программное обеспечение системы исключает повторное измерение одной колесной пары под разными номерами, то есть полное исключение человеческого фактора из процесса диагностики.

В программном обеспечении системы диагностики при проведении автоизмерения введена обязательная, так называемая, "процедура прогрева КП" Ее продолжительность регулируется в настройках программы. Необходимость внедрения этой процедуры обусловлена требованиями нормативно-технической документацией и созданием одинаковых условий для диагностики всех КП: температура и консистенция смазки, ее равномерное распределение по всей внутренней поверхности буксы. Кроме того конструкция стенда подразумевает оснащение узлом имитирующим осевую нагрузку на буксовый узел.

Система диагностики колесных пар в отличие от применяемых сегодня вибродиагностических систем исключает применение усилителей в отдельном исполнении в измерительном тракте за счет совмещения пьезодатчика и усилителя в едином корпусе.

Система позволяет выявлять следующие дефекты буксовых узлов колесных пар: дефекты сборки буксового узла колесной пары; повреждения сепаратора; износ тел качения; дефекты тел качения; износ наружного кольца; дефекты наружного кольца; повреждения поверхностей катания (коррозия, шелушение поверхностей катания); износ внутреннего кольца; дефекты внутреннего кольца; дисбаланс колесной пары; дефекты смазки.

Система вибродиагностики электродвигателей пригородных электропоездов на стенде выявляет дефекты и неисправности моторно-якорных подшипников: повреждения сепаратора; износ тел качения; дефекты тел качения; износ наружного кольца; дефекты наружного кольца; повреждения поверхностей катания (коррозия, шелушение поверхностей катания); износ внутреннего кольца; дефекты внутреннего кольца; дисбаланс ротора. (Рис. 7)

Система вибродиагностики колесно-редукторных блоков в сборе для

электропоездов (Рис. 8) позволяет производить обкатку КРБ и выявляет дефекты редуктора, опорных подшипников редуктора и подшипников буксовых узлов, дефекты сборки КРБ, повреждения сепаратора, износ тел качения, дефекты тел качения, износ наружного кольца, дефекты наружного кольца, повреждения поверхностей катания (коррозия, шелушение поверхностей катания), износ внутреннего кольца, дефекты внутреннего кольца, дисбаланс колесной пары, повреждения редуктора (износ, поломка зубьев колеса или шестерни), дефекты смазки.

Стенд вращения КРБ встроен в технологическую линию (имеет поточный принцип прокатки по нему КРБ), предназначен для проведения выходного контроля вибродиагностическим методом неразрушающего контроля колесно-редукторных блоков перед подкаткой их под моторвагон.

Система вибродиагностики КРБ под моторвагоном (Рис.9а) представляет собой портативный промышленный планшетный компьютер с датчиками со встроенными предусилителями (Рис.9б), которые позволяют отказаться от использования усилителей заряда в отдельном исполненном корпусе. При этом КРБ должен быть вывешен (Рис.9в)

Рис.9а Рис.96 Рис.9в

Особенностью данной системы является ее отличие от всех подобных портативных приборов за счет отображения и выдачи результата диагностики непосредственно на месте (рядом с моторвагоном), что позволяет быстро и оперативно принимать решения по дальнейшим действиям в отношении диагностируемого объекта. Кроме того наличие хорошего жесткого диска и оперативной памяти, позволяет осуществлять контроль большого количества моторвагонов за один раз, а применение базы данных и гибкого интерфейса программного обеспечения позволяет обходиться без, так называемых, маршрутных карт.

Система вибродиагностики КРБ под моторвагоном выявляет дефекты редуктора, опорных подшипников редуктора, подшипников буксовых узлов, а так же подшипников электродвигателя при вывешенном электропоезде: повреждения сепаратора; износ тел качения; дефекты тел качения; износ

Стенд вращения КРБ встроен в технологическую линию (имеет поточный принцип прокатки по нему КРБ), предназначен для проведения выходного контроля вибродиагностическим методом неразрушающего контроля колесно-редукторных блоков перед подкаткой их под моторвагон.

Система вибродиагностики КРБ под моторвагоном (Рис.9а) представляет собой портативный промышленный планшетный компьютер с датчиками со встроенными предусилителями (Рис.9б), которые позволяют отказаться от использования усилителей заряда в отдельном исполненном корпусе. При этом КРБ должен быть вывешен (Рис.9в)

Рис.9а Рис.96 Рис.9в

Особенностью данной системы является ее отличие от всех подобных портативных приборов за счет отображения и выдачи результата диагностики непосредственно на месте (рядом с моторвагоном), что позволяет быстро и оперативно принимать решения по дальнейшим действиям в отношении диагностируемого объекта. Кроме того наличие хорошего жесткого диска и оперативной памяти, позволяет осуществлять контроль большого количества моторвагонов за один раз, а применение базы данных и гибкого интерфейса программного обеспечения позволяет обходиться без, так называемых, маршрутных карт.

Система вибродиагностики КРБ под моторвагоном выявляет дефекты редуктора, опорных подшипников редуктора, подшипников буксовых узлов, а так же подшипников электродвигателя при вывешенном электропоезде: повреждения сепаратора; износ тел качения; дефекты тел качения; износ

наружного кольца; дефекты наружного кольца; повреждения поверхностей катания (коррозия, шелушение поверхностей катания); износ внутреннего кольца; дефекты внутреннего кольца; дисбаланс колесной пары; дисбаланс вала двигателя; дефекты муфты; повреждения редуктора (износ, поломка зубьев колеса или шестерни); дефекты смазки.

Диагностический комплекс, базирующийся на методах вибро- и АЭ в условиях ремонтных депо, создает пооперационно-замкнутый технологический контур основу обеспечения надежной и устойчивой эксплуатации электропоездов в пригородном сообщении.

Глава 4. Центр качества ремонта и принципы формирования электропоездов в пригородном сообщении.

Диагностические комплексы нового поколения не только на прямую повысят эксплуатационную надежность электропоездов, но и за счет объективизации результатов диагностики создают условия для нахождения дальнейших путей повышения безопасности и сокращении числа внеплановых остановок пригородных поездов. Эти направления включают разработку системы управления качеством ремонта в пригородных депо и организацию формирования электропоездов из вагонов с близкими показателями эксплуатационной надежности.

Центр качества ремонта (Рис.10) объединяет все диагностические системы ремонтного депо и обеспечивает мониторинг ремонтного процесса, хранение данных диагностического контроля, проверку адекватности их статистических методов, их адаптацию при изменении параметров техпроцесса, составления сменных отчетов и передачу в информационные системы управления более высоких иерархических уровней, а также прием и инсталляцию новых программных модулей.

Центр

Центр качества ремонта строится на пооперационном статистическом анализе результатов диагностирования производственного процесса с выработкой управляющих решений в случае определения отклонений от контролируемых норм. Центр включает в себя локально установленный в депо сервер с возможностью управления технологией ремонта и подключенных к нему диагностических стендов и различных позиций диагностики.

Применение центра в условиях депо позволяет:

осуществлять диагностирование узлов подвижного состава с использованием автоматических средств диагностики, с высоким быстродействием регистрации, обработки и анализа и хранения больших баз данных информации в реальном масштабе времени в соответствии с требованиями ГОСТ 27518-87 "Диагностирование изделий. Общие требования"

производить сбор диагностической информации со всех позиций контроля поэтапно, отслеживать и давать рекомендации по сбору в один узел «одноресурсных», либо близких друг к другу подшипников качения, для дальнейшего предварительно назначаемого прогнозного ресурса всему объекту контроля. Это позволит собирать, например, КРБ, а затем из них весь моторвагон с одинаковыми ресурсными характеристиками и в дальнейшем переходить для данного моторвагона к ремонту по фактическому состоянию.

отказаться от использования квалифицированного инженерного труда (инженеров-диагностов) на местах проведения контроля с заменой их простыми операторами, функции которых заключаются в установке и снятии объектов контроля на стенд и введении номера диагностируемого объекта контроля.

установить контроль за исполнительской дисциплиной операторов-диагностов и качеством записываемых сигналов на каждой позиции контроля за счет возможности оперативного анализа их действий при проведении измерений и оказывать им в режиме реального времени квалифицированную консультационную помощь.

Внедрение центра позволит управлять качеством ремонта в депо, что в

свою очередь в ближайшем времени приведет к повышению отказоустойчивости электропоездов во время движения и как следствие позволит перейти в дальнейшем от планово-предупредительного ремонта к ремонту по фактическому состоянию.

Разработка центра управления ремонтом за счет получения достоверных выходных параметров технического состояния элементов ходовых частей позволят организовать формирование электропоездов с идентичными характеристиками пассажирских вагонов.

Формирование электропоездов по коэффициенту качества из вагонов с одинаковыми эксплуатационными показателями реально возможно при условии маломерности подвижных составов. (Рис.11)

Центр формирования электропоездов вагонами по коэффициенту качества

Диагностируемый объект

цшшцмн

Июга, 2007

Сентябрь 2007

Октябрь 2007

В базу центра качества ремонта после обработки полученных данных заносится коэффициент качества узла, автоматически рассчитанный по специальному алгоритму, учитывающему всю совокупность параметров, полученных в результате измерений. Коэффициент качества является оценочным показателем, позволяющим оптимально комплектовать узлы и агрегаты ходовой части локомотивов и вагонов деталями, имеющими близкие коэффициенты качества, что гарантирует их равнонадежность, предупреждает развитие опасных дефектов и обеспечивает высокую техническую готовность.

Пусть выполнена проверка качества и признаны годными детали типа 1 в количестве единиц, детали типа ] в количестве ^ единиц,..., детали типа к

- в количестве Пк штук. Определим булеву переменную [11]

[1, если детали ...,к включены в один модуль

[О, в противном случае

Пусть С к - коэффициент качества узла, собранного из деталей /, ...,к

Поскольку каждая деталь любого из типов входит только в один модуль, то выполняются ограничения:

*»...»6 {0.1} для I = !,п., у = 1 ,Пг к =

п, п, -

= 1 для всякого ' = 1-п,-

Х-Хх, * 1 для всякого ] = \,п.

1=1 к=1

для всякого к = 1,т

Целевая функция представляет сумму коэффициентов качества всех собранных модулей и имеет вид: п1 я / пк

I I ... Е Сц.лхц.л <3>

¿=1 у=1 к=1

Задача комплектования состоит в получении максимума целевой функции Р(Х,С) при ограничениях (1),(2) и решается известными алгоритмами.

Таким образом, решение задачи комплектования сводится к получению набора конкретных значений индексов /, _/', к, собрав по которым, например колесные пары, получаем оптимально скомплектованные узлы близкие по коэффициенту качества, что гарантирует их равнонадежность в эксплуатационных условиях.

Помимо этого, комплектованием ходовых частей электропоездов пригородного сообщения по коэффициенту качества будет обеспечиваться сбалансированный износ деталей и узлов, оптимизация программы ремонта, исключение случаев демонтажа и планового ремонта деталей и узлов имеющих остаточный ресурс.

В результате комплексных исследований был предложен диагностический маршрут по замкнутому технологическому циклу. (Рис.12)

Предложенный маршрут прошел экпериментальную проверку.

Была проконтролирована, предварительно подготовленная, партия забракованных подшипников в количестве 100 штук. Все подшипники этой партии были повторно забракованы на стенде совмещенной диагностики.

Была проконтролирована, предварительно подготовленная, партия колесных пар, забракованных по «дефекту литья» в количестве 25 единиц. Все колесные пары этой партии были повторно забракованы на макете стенде АЭ диагностики.

Проверка данного маршрута на макетных образцах оборудования показала его высокую эффективность по достоверности контроля.

Заключение по результатам выполненной работы.

1. Проведен анализ современных методов неразрушающего контроля применяемых для железнодорожного транспорта.

2. Исследованы возможности применения современных методов неразрушающего контроля (вибрация и акустическая эмиссия).

3. Предложены методы совмещенной взаимодополняющей диагностики.

4. Разработан метод акустической эмиссии в динамическом режиме для диагностики колесных пар на стационарных стендах.

5. Предложен комплексно-замкнутый принцип построения диагностических комплексов в условиях ремонтных депо.

6. Реализован метод пооперационного контроля, позволяющий выстроить активную систему управления качеством при ремонте ходовых частей электропоездов в пригородном сообщении.

7 Разработаны принципы формирования электропоездов с близкими эксплуатационными ресурсами.

8. Разработаны технические требования на создание замкнутых диагностических комплеков.

9. Разработан технологический маршрут, позволяющий отбраковывать узлы и детали ходовых частей электропоездов не только при наличии брака, но и выявлять зарождающиеся микротрещины.

10. Использован принцип компоновки поездов по коэффициенту качества ходовых частей применительно к подвижному составу в пригородном сообщении.

11. Разработан полный комплект конструкторской документации на замкнутый диагностический комплекс для оснащения ремонтных депо пригородного подвижного состава

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Анализ современных методов неразрушающего контроля применяемых для железнодорожного транспорта. ДЦНТИ г. Нижний Новгород. 2008 г.

2. Методы совмещенной взаимодополняющей диагностики. ДЦНТИ г. Нижний Новгород. 2009 г.

3. Метод акустической эмиссии в динамическом режиме для диагностики колесных пар на стационарных стендах. ДЦНТИ Нижний Новгород. 2010 г.

4. Замкнутый технологический комплекс диагностики ходовых частей электропоездов в условиях пригородных депо. ДЦНТИБ г. Нижний Новгород. 2011 г.

Список использованной литературы

1. Акустические методы и средства контроля./ В кн.: Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий./ Справочник. Т2. М.: Машиностроение, 1986. С. 189.

2. ГОСТ 18353-79 Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов.

3. ГОСТ 20415-82 Контроль неразрушающий. Методы акустические. Общие положения.

4. РД 32 ЦБ 078-2003 Руководство по визуальному контролю колесных пар грузовых вагонов при эксплуатации и ремонте.

5. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 3: И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. Ультразвуковой контроль. 2-е изд., испр. М.: Машиностроение, 2006. - 864 е.: ил.

6. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 4: В 3 кн. Кн. 1: В.А. Анисимов, Б.И. Каторгин,

A.Н.Куценко и др. Акустическая тензометрия. Кн. 2: Г.С. Шелихов. Магнитопорошковый метод контроля. М.: Машиностроение, 2006. -736 с.: ил.

7. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред.

B.В. Клюева. Т. 7: В 2 кн. Кн. 2: Ф.Я. Балицкий, A.B. Барков, H.A. Баркова и др. Вибродиагностика. 2-е изд., испр. М.: Машиностроение, 2006.-829 е.. ил.

8. Классификатор дефектов и повреждений подшипников качения ЦВТ-22., Москва 2007г.

9. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т./Под общ. Ред. В.В. Клюева 2-е изд., испр. Кн. 1: Иванов В.И., Власов Н.Э. Метод акустической эмиссии. - М.: Машиностроение, 2006.-829 е.: ил.

10. Мониторинг - инструмент повышения эксплуатационной надежности железнодорожного транспорта В.А. Елфимов. ДЦНТИ. г. Нижний Новгород. 2009 г.

11. Статический, динамический и прогнозный мониторинга в обеспечении безопасности железнодорожных перевозок H.A. Бочкарев, A.B. Донькин, C.B. Козырев и др. ИЛ № 2011 (Т 107) ДЦНТИ. Нижний Новгород. 2009г.

12. Система вибродиагностики ответственных узлов ходовых частей железнодорожных транспортных средств. Лесун А.Ф. Трантина C.B. и др. Патент № 99613 от 19 мая 2010 года.

i

20

10

202196

2010202196