автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Исследования и разработка системы динамического мониторинга ходовых частей пассажирского подвижного состава

10-2 2677

ждународныи академическии союз

На правах рукописи

00460481

Бочкарев Вячеслав Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ПАССАЖИРСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ.

Диссертация

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

Москва. 2009 г.

004604817

Работа выполнена в ОАО «Российские железные дороги».

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Спиридонов Эрнст Серафимович; кандидат технических наук Степанов Дмитрий Владимирович

Защита состоится 24 декабря 2009 г. в_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_. ^ ' 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор С1-V»

Г.Е.Лазарев.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы.

«Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» предусматривает превысить пассажирооборот в 231 млрд пассажирокм.

Для достижения этого поистине грандиозного показателя необходимо реально оценить техническое состояние пассажирского подвижного состава и транспортной инфраструктуры в целом.

Величина износа пассажирских вагонов превышает 74%, а по локомотивам для электровозов составляет 72,5% и по тепловозам 84,2%. Превысили нормативные сроки службы 52% парка электровозов и 31% тепловозов. Средний возраст магистрального вагонного парка превышает 18 лет при нормативном сроке службы не более 28 лет.

Аналогичная ситуация сложилась в путевом хозяйстве и службе сигнализации, централизации и блокировки.

Необходимость повышения уровня безопасности перевозок настоятельно диктуется организацией скоростного пассажирского движения, в первую очередь по маршрутам Москва - Нижний Новгород, Москва - Санкт-Петербург.

В ОАО «Российские железные дороги» первостепенное значение уделяется организации безопасного перевозного процесса, в первую очередь для пассажирского движения. На линейных предприятиях, обслуживающих пассажирский парк, широко применяется многоэтапная диагностическая технология.

Последовательно контролируются подшипники, буксовые узлы в составе колесных пар, подшипники в составе электродвигателей, редукторных узлов, зубчатые передачи, и, в конечном счете, окончательная диагностика проводится в целом для пассажирского вагона

на катковой станции.

Буксовые узлы пассажирских вагонов оснащены температурными датчиками, передающими на борт данные по нагреву буксовых узлов. В случае достижения критической температуры пассажирский состав останавливается для определения причины нагрева.

Помимо этих мер имеется строгая система, включающая в себя постовые приборы контроля, которые дистанционно замеряют нагрев буксовых узлов железнодорожных составов, проходящих мимо них. В этих случаях составы также останавливаются для определения причины перегрева.

Почему при столь продуманной диагностической системе количество внеплановых остановок и число внештатных ситуаций в пассажирском движении не сокращается?

Наиболее полно реальное механическое состояние ходовых частей определяется методами вибродиагностики.

И, тем не менее, 400 вибродиагностических комплексов, внедренных практически во всех депо ОАО «РЖД», не исключают возможность появления в процессе эксплуатации потенциально опасных узлов ходовых частей подвижного состава. Диагностические стенды в депо в условиях статического контроля не моделируют тех динамических усилий, которые испытывают конструкции ходовых частей локомотивов и вагонов при движении поезда.

Поэтому создание методов и средств диагностики буксовых и редукторных узлов при движении пассажирских составов является одним из реальных решений проблемы организации безопасности движения на принципиально новом уровне.

Цель и задачи исследования.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методики и средств проведения диагностики ходовых частей пассажирских вагонов

при движении поезда.

В соответствии с этой целью в диссертации были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Анализ систем диагностики технического состояния локомотивов и вагонов при движении железнодорожных составов для железнодорожного транспорта.

2. Модель динамического мониторинга и его формы.

3. Алгоритмы и программы бортовой вибродиагностической системы.

4. Разработка методики построения бортовой системы для диагностики технического состояния ходовой части пассажирского вагона при движении поезда.

Научная новизна диссертации.

Научная новизна исследования включает в себя решение следующих проблем:

1. Доказана возможность проведения вибродиагностического мониторинга в динамическом режиме.

2. Создан многоэтапный алгоритм контроля, упрощающий аппаратную часть системы и резко сокращающий объемы информации, передаваемой в бортовой компьютер.

3. Разработана модель динамического мониторинга, качественно повышающая достоверность диагностики.

Практическая значимость работы подтверждена ходовыми испытаниями пассажирских вагонов и локомотивов.

Структура и объем работы. Научный доклад состоит из четырёх глав, введения в виде общей характеристики работы, заключения и списка научных трудов автора по диссертационной теме.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ НАУЧНОГО ДОКЛАДА

Глава 1. Анализ систем диагностики технического состояния локомотивов и вагонов при движении железнодорожных составов.

Создание и оптимизация специальных диагностических комплексов с учетом перспективных направлений развития пассажирского подвижного состава на основе внедрения новых информационных технологий могут осуществляться по следующим основным направлениям:

- бортовые системы управления с накопителями информации о параметрах движения поезда;

- бортовые и встроенные системы диагностирования узлов и оборудования;

стационарные комплексы диагностических устройств для определения технического состояния подвижного состава при движении и в депо;

- автоматизированные системы контроля дислокации локомотивов и бригад, электронный маршрут машиниста;

- автоматизированные системы учета расхода электроэнергии на тягу поездов;

- интегрированные информационно-управляющие системы управления пассажирским хозяйством.

Диагностические системы обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта делятся на два самостоятельных класса: постовые и бортовые. Наиболее массовым классом диагностических систем являются напольные постовые комплексы.

На железнодорожных линиях Броогпе! (ЮАР) постовые системы оснащены автоматическими детекторами перегрева букс и волочащихся частей подвижного состава.

Система ACES (Австралия) распознает звуковую информацию от неисправных буксовых подшипников и ползунов. Сообщение о дефектах вместе с фрагментом записанного звука передается в центр управления. Пороговые значения уровня шума, при превышении которых система определяет дефекты, задаются заранее на основе накопленного опыта при ручном детектировании.

Подшипники колесных пар поездов всех типов, курсирующих на линии Париж - Лондон контролируются 42 системами Signaltechnik (Германия). Аварийные сигналы генерируются в центре и проверяются. При перегреве сигнал передается непосредственно на пульт машиниста. После чего контролируется реакция машиниста, если она отсутствует, включается автоматическое торможение.

В Центре транспортных технологий (TTC) в США разработан акустический детектор подшипников (ABD), предназначенный для обнаружения дефектов до той стадии их развития, когда наступает перегрев. В качестве основы разработки предварительно была скомплектована база данных по звуковым «отпечаткам» подшипников с заведомо известными или искусственно созданными дефектами разного рода, в том числе жидкостным травлением, разрушением отдельных роликов, повреждением буртика шейки оси и т.п., в заданных условиях эксплуатации. Все идентификационные признаки дефектов разделены на девять категорий по степени опасности. Использование сборки из нескольких микрофонов позволяет детектору ABD снимать акустические характеристики подшипников за несколько оборотов колесной пары при скорости до 100 км/ч, а система обработки данных - распознавать дефекты.

В депо Яманоте, Урава и Офуна установлены два типа постовых систем. Первая система предназначена для обнаружения выбоин и ползунов на колесах осуществляет контроль ободьев колес при

прохождении вагонов по главному пути (рис.1). Ползуны образуются на колесах при резком торможении, например, в дождливую погоду. Устройство фиксирует вибрации, вызванные движением поезда по главному пути, посредством измерения вибрационного ускорения специальным акселерометром, устанавливаемым на рельсах. Кроме того, оно способно считывать идентификационный номер вагона и координаты колеса, посредством использования его совместно с устройством автоматического считывания номеров вагонов. Полученные данные передаются в депо приписки для последующей автоматической обработки и прогнозирования технического состояния колесных пар.

Рис.1 Устройство для обнаружения выбоин и ползунов на поверхности катания колес

1 - датчики фиксации вибрационного ускорения;

2 - детектор для обнаружения ползунов;

3 - устройство считывания номеров вагонов,

4 - депо.

Вторая система используется для обнаружения перегрева буксовых подшипников ежедневно осуществляется их визуальный осмотр. Для повышения безопасности и экономии рабочего времени при осмотрах разработана автоматическая система обнаружения перегрева буксовых подшипников при движении поезда (рис.1.8). Термодатчики, устанавливаемые в непосредственной близости от пути, фиксируют температуру на поверхности буксового узла при прохождении мимо них поезда. Система обнаружения перегретых букс устанавливается совместно с автоматическим устройством считывания номеров вагонов, чтобы создать базу данных для оценки состояния каждого буксового узла. Оценка ненормальности в работе буксового узла производится, исходя из двух разных тенденций увеличения температуры. 1- - резкий рост температуры, 2 - тенденция к постепенному росту температуры.

2

3

4

Рис.2 Детектор обнаружения перегрева буксового узла 1 - термодатчик; 2- датчики определения осей; 3 - антенна устройствадля считывания номеров вагонов; 4 - депо.

Изучается возможность установки подобных систем там, где эксплуатируется новый подвижной состав, в основном высокоскоростной.

На Российских железных дорогах широко используются системы дистанционного контроля температуры на базе приборов КТСМ, а также проходят испытания системы дистанционного акустического контроля буксовых узлов и системы определения волочащихся деталей подвижного состава (патент № 2145559 от 20.02.2000 г.).

Бортовые диагностические системы в настоящее время также получают широкое применение.

Фирма Siemens запатентовала и применила для измерения температуры с целью обнаружения греющихся букс датчики, представляющие собой термопары, запрессованные в специальные углубления, высверленные в болтах крепления крышки подшипника (патент SGP). Эти термопары благодаря покрытию из магниевого порошка признаны самыми прочными и надежными из имеющихся в настоящее время на рынке.

Датчики, которые располагают как можно ближе к контролируемым компонентам ходовой части, преобразуют физические величины (ускорение или температуру) в электрические сигналы, которые затем переводятся анализирующим устройством в цифровую форму.

Сигналы ускорения являются входными величинами алгоритмов диагностики и служат для формирования характеристических значений. Эти значения анализируются по заданным критериям (порогу возникновения повреждений и выдачи предупредительного сигнала, соответствующему значениям, задаваемым компанией SGP.

Автоматическая система слежения за состоянием колесных пар CYBERTRAX компании General Railway Signal осуществляет постоянный контроль температуры в буксовом подшипнике и передает полученные данные в кабину машиниста локомотива. Датчик и

широкополосный радиопередатчик с питанием от низковольтной батареи размещаются в пластиковом термостойком корпусе, который крепится на болтах крепления крышки подшипника.

Блок СУВЕЫТ11АХ оснащен резьбовым подпружиненным щупом, проходящим через центр буксовой крышки и соприкасающимся с торцом оси. Внутри корпуса вставлен металлический колпачок с защелкой и язычком. Когда блок установлен, язычки отгибаются, чтобы фиксировать его на месте. С помощью щупа сигналы с буксового подшипника передаются на радиопередатчик.

Компания Тлткеп разработала самотестирующуюся сенсорную систему, которая устанавливается внутри буксы вагона и в процессе движения поезда осуществляет беспроводную передачу данных о состоянии подшипника, колеса и заблаговременно предупреждает о наличии потенциально опасных ситуаций до возникновения отказа (рис. 3).

Рис. 3 Установка датчиков сенсорной системы компании Иткеп на буксовом

подшипнике

Для измерения параметров и передачи информации на бортовой приемник используются датчики на базе технологии Информация через интеллектуальный интерфейс направляется в компьютер, установленный в кабине управления ведущего локомотива, а также во внешнюю сеть для анализа получаемых данных. Комплект датчиков,

11

расположенных непосредственно на подшипнике, а не в корпусе буксы или в месте посадки, обеспечивает максимальную достоверность и защиту информации, а также обладает достаточной вибростойкостью.

Практика внедрения технических средств обеспечения безопасности движения поездов, как в России, так и за рубежом показывает их высокую эффективность, что подтверждается сокращением аварийности и браков в эксплуатационной работе.

Глава 2. Алгоритмы и программное обеспечение системы динамического мон и тор инга.

В современной технической диагностике машин и оборудования использование сигналов вибрации является основой для решения как простых, так и самых сложных диагностических задач. При этом методы функциональной (рабочей) диагностики в процессе эксплуатации машин и оборудования имеют приоритетное направление. Применение мобильных технических средств сбора и обработки измерительной информации, включающих компьютер, позволяют эффективно решать задачи диагностики и мониторинга в реальных условиях эксплуатации. Одним из основных требований к техническим средствам является выбор частотных диапазонов контролируемой вибрации, в которых наиболее отчётливо выявляются зарождающиеся, развитые и аварийно-опасные дефекты [1].

В основу разработанной модели была положена трехкаскадная процедура поиска дефектов, позволяющая реализовать минимизацию передаваемой информации при максимальной скорости ее обработки и принятия управляющих решений (рис. 4).

Зона принятия решения

порядковые номера подшипников одного пассажирского вагона

- область сравнительного анализа вибропараметров всех подшипников одного вагона;

- область адресной диагностики подшипника с вибропараметрами, отличными от параметров остальных подшипников исследуемой группы;

- область глубокой диагностики выделенного подшипника с установлением вида дефекта и выработки управляющего решения.

Рис. 4 Модель динамического мониторинга. 13

На начальном этапе реализации модели контролируется величина виброускорений всех подшипников исследуемого вагона. Этот каскад по характеру измерений является простейшим и характеризуется низким уровнем по объему информационного потока и малым энергопотреблением. В том случае, когда показания одного или нескольких подшипников отличаются от показаний всего контролируемого одновагонного «семейства» включается система адресного динамического мониторинга. С этого момента начинается непрерывный контроль параметров подшипника.

В случае, когда величина виброускорения продолжает расти и достигает порогового значения, начинает функционировать третий уровень углубленного анализа с определением типа дефекта и передачей информации для выработки управляющего решения.

Выявление дефектов осуществляется путём сопоставления типовых портретов бездефектных и дефектных (с дефектами каждого вида и сочетаниями дефектов различного вида) узлов. Портрет является образом дефектов во множестве названных выше диагностических параметров, полученных в результате измерений виброускорений. Определение наиболее информативных диагностических параметров, выявление закономерностей их изменения по мере развития и накопления повреждений с целью установления предельных значений, соответствующих предаварийному состоянию, выполняется на основе накопления, анализа и обобщения статистических данных, полученных при эксплуатации подвижного состава.

В связи с последним были рассмотрены характерные частоты гармоник периодических составляющих вибрации, характеризующие виды дефектов тел качения [2].

Гармоники, получаемые при дефектах тел качения:

где к - целое положительное число (номер гармоники); РТК - частота вращения ролика; Рв - частота вращения колесной пары; с1с - диаметр сепаратора; йтк - диаметр ролика.

Гармоники, получаемые при дефекте формы внутренней дорожки качения:

где РВд - частота вращения внутреннего кольца; 2ТК - число роликов в подшипнике.

Гармоники, получаемые при дефекте формы наружной дорожки качения:

где - частота вращения наружного кольца.

Зубчатые передачи редукторов являются источниками гармонических рядов вибрации с зубцовыми частотами [3].

При дефектах одной шестерни частотные ряды имеют вид:

•тк

\к-Рн-{\-йтк!(1с)-2-

тк

р

где п, —— , к, кь ¿2 - целые числа,

Рв - частота вращения дефектной шестерни.

15

Если дефекты имеют место в обоих шестернях, возможно появление гармонических рядов вибрации с инфранизкими частотами

П\ П2

где п.] и п2 - целые числа, обычно п1=2 или 3.

Диагностический образ может включать следующие характеристики процесса виброускорений диагностируемого узла:

- уровни амплитуды гармоник периодических составляющих вибрации на характерных для дефектных узлов частотах, определённые по спектру процесса или по спектру огибающей процесса (частотно-амплитудный метод диагностирования);

- среднее квадратическое отклонение (СКО) или дисперсия процесса в заданном диапазоне или полосах частот (энергетический метод диагностирования);

- пиковые значения процесса или пик-фактор процесса (амплитудный метод диагностирования;

- коэффициент эксцесса распределения мгновенных значений процесса (эксцесс-метод диагностирования).

По данной модели и многочисленным исследованиям был разработан алгоритм диагностирования пассажирского вагона в движении, блок-схема которого приведена на рис. 5.

Измерительная информация после аналого-цифрового преобразования подвергается полосовой фильтрации цифровым фильтром в диапазоне 2-8 кГц и одновременно поступает на две подсистемы диагностирования: подсистему 1-го уровня (контроль по СКО виброускорений) и подсистему П-го уровня (контроль по спектру огибающей виброускорений).

Рисунок 5 Блок-схема алгоритма диагностирования пассажирского вагона в движении

Для повышения надёжности контроля на 1-м уровне вводится дополнительные параметры: амплитуда сепараторной частоты и коэффициент эксцесса распределения мгновенных значений ускорений. А также из результатов проведённых путевых испытаний следует, что сепараторная частота является важным диагностическим признаком состояния подшипника: повышение СКО широкополосной составляющей ускорений и амплитуды сепараторной частоты свидетельствует о деградации подшипника. Контроль эксцесса при больших СКО может давать не только дополнительное подтверждение наличия дефектов подшипников, но и способствовать их различению от дефектов колёс.

Диагностирование на П-м уровне заключается в определении амплитуд огибающей вибрации на частотах первых трёх гармоник, характерных для дефектов каждого из элементов подшипника (сепаратора, наружного кольца, внутреннего кольца и роликов). Контроль осуществляется путём сравнения амплитуд этих гармоник с заданными допустимыми значениями. Предполагается, что при каждом сеансе контроля 1-го уровня будет также выдаваться информация о результатах контроля П-го уровня, носящая вспомогательный характер.

Контроль будет производиться циклами, следующими с определённым интервалом, один за другим. Для каждого диагностического параметра предлагается установить три контрольных значения с целью выявления устойчивой тенденции изменения этих параметров и, следовательно, приближения объекта диагностирования к отказу. Превышение третьего (наибольшего) контрольного уровня при устойчивой тенденции роста диагностических параметров будет приводить к выдаче сигнала предупреждения каждой из подсистем контроля. Срабатывание подсистемы 1-го уровня следует рассматривать как достижение предаварийного состояния, а если оно сопровождается срабатыванием подсистемы П-го уровня - как достижение опасного состояния, а если

срабатыванием подсистемы Ш-го уровня - как достижение критического состояния при условии превышения допустимых значений по первому и второму уровню диагностирования, требующего принятия экстренных мер.

Приведённый алгоритм контроля проверен в отложенном времени с использованием результатов измерений, полученных в депо ст. Златоуст и при путевых испытаниях вблизи ст. Миасс Южно-Уральской ж.д., а также при графиковом движении на магистральных путях ст. Горький -сортировочная - ст. Ильино Горьковской ж.д. Данные обработки измерений показали, что получаемые оценки являются параметрически зависимыми от скорости движения вагона. Поэтому установление границ пороговых уровней срабатывания системы диагностики, с учётом выбора степени допустимости дефектов, потребует накопления статистических данных.

Основной составной частью современных диагностических систем являются компьютерные программы, обеспечивающие работу оператора по анализу данных, полученных с помощью различных средств измерений и анализа диагностических сигналов, а также дающие возможность сохранять результаты первичных измерений и другую полезную информацию. Основой подобного программного обеспечения является программа мониторинга, главными задачами которой, кроме сбора и хранения данных, являются сравнения результатов измерений с пороговыми значениями, обнаружение неслучайных изменений и анализ обнаруженных тенденций.

Для решения более сложных задач идентификации причин обнаружения изменений и тенденций служат экспертные диагностические программы, дающие оператору дополнительную информацию о диагностических признаках и параметрах дефектов в той конкретной практической ситуации, описание которой составляет оператор при

обращении к экспертной программе. Например, в качестве такой информации может выступать список частот подшипниковых составляющих в спектре вибрации при конкретной задаваемой оператором частоте вращения колёсной пары или ротора с показом этих составляющих на анализируемом спектре вибрации.

Разработанная программа обеспечивает выполнение следующих функций:

- формирование заданий на мониторинговые и диагностические измерения в виде маршрутных карт или команд с учётом реального состояния объекта;

-передачу заданий в измерительную систему и приём результатов измерений, в том числе и результатов тех измерений, которые выполнены не по заданию (внемаршрутные измерения);

- размещение и хранение в базе данных конструктивных характеристик объектов контроля, данных о системе измерений, первичных результатов измерений, результатов мониторинга и диагностики;

- анализ вновь поступающих данных мониторинговых и диагностических измерений, сравнение результатов с порогами и эталонами;

- построение диагностических эталонов бездефектных и дефектных узлов по заложенным в программу правилам и данным измерений диагностических параметров группы идентичных машин (эталон по группе) или группы последовательных измерений параметров одного узла (эталон по истории);

- импорт и экспорт как данных первичных измерений, так и результатов мониторинга, диагностики и прогноза, в том числе в форме, необходимой для поддержки пользователей по Интернету;

- выдачу протоколов, отчётов и различных справочных данных.

Глава 3.Методика построения бортовой системы для диагностики технического состояния ходовой части пассажирского вагона при движении поезда.

Результаты проведенных исследований позволили разработать методику построения системы динамического мониторинга пассажирского вагона (СДМ ПВ).

Данная система состоит из бортовых комплексов контроля (БКК), находящихся в каждом вагоне и блока контроля начальника поезда (БКНП - один блок на состав), находящегося в штабном вагоне. Связь между БКК вагонов и БКПН осуществляется по беспроводному интерфейсу IEEE 802.11b\g.

БКК (рис. 6) состоит из датчиковой аппаратуры, расположенной непосредственно на контролируемых узлах, устройства сбора и обработки (УСО), расположенном в купе проводника вагона и кабельной сети для связи датчиковой аппаратуры и УСО. Алгоритм управления сбором информации при мониторинговых измерениях показан на рис. 7.

Общее количество датчиков - 16 штук. Датчики вибрации/температуры в количестве 10 штук установлены на буксах (Д1-1-Д8 - 8 ед.), редукторе (Д9 - 1 ед.) и генераторе (Д 10 - 1 ед.). остальные 6 датчиков - давления скорости и контроля подачи команд на электротормоз входят в состав штатной системы пассажирского вагона и в данном исследовании не рассматривались.

Методика включает в себя разработку порядка настройки системы перед рейсом и работы системы в ходе рейса.

Каждый БКК однозначно должен быть закреплён за конкретным вагоном и иметь свой идентификационный номер.

Блок контроля начальника поезда является переносным устройством и также должен иметь свой идентификационный номер.

Бортовой комплекс контроля (БКК)

АЦП ■ аналого-цифровой преобразовать М ■ стандартный кабель"Вход АЦП"

К4 - колодка под винтовой зажим на DIN -рейку "Переходник на разъем DRB-37"

К1-КЗ - колодки под винтовой зажим на DIN-рейку с нагрузочными сопротивлениями

У1-У5 • стандартный ввод кабеля "цангтзвый зажим"

НХ1 ■ трехполюсная стандартная вилка для ввода -220/ =110

НХ2- розетка DB-9M (RS-232)

Рисунок 6 Схема бортового комплекса контроля на пассажирском вагоне.

Рисунок 7 Алгоритм управления сбором информации при мониторинговых измерениях в пассажирском вагоне

Перед каждым рейсом в БКНП через предусмотренный порт (НХ2 рисунок 8) с внешнего компьютера должна быть занесена информация о количестве вагонов в данном составе и идентификационные номера БКК. В случае, если количество и очередность вагонов в составе не меняется от рейса к рейсу, то система не перенастраивается.

Штабной вагон

НХ1 - трежтюлккхвя стандартная випка для ввода - 320/=110 НХ2- розетка ОВ-ЭМ (Й3-232)

Рисунок 8 Структурная схема блока контроля бригадира

СДМ ПВ должна начать функционировать при появлении питания в вагоне.

Запуск системы сбора БКК происходит при достижении скорости движения состава в 30 км/час (по анализу сигнала с датчика скорости).

БКК каждого вагона непрерывно собирает информацию с датчиковой аппаратуры, обрабатывает ее по определенному алгоритму,

сравнивает с заданными установками и выдает на табло проводника информацию о состоянии контролируемых узлов (годен/не годен) по данному вагону.

Периодически БКК производит самодиагностику и, в случае неисправности какого-либо измерительного канала, выдает информацию о неисправности этого канала на табло проводника (рис. 9).

По запросу от БКНП БКК вагонов периодически передают в БКНП результаты контроля с указанием астрономического времени. На табло начальника поезда (рис. 10) БКНП выводится информация о состоянии контролируемых узлов вагонов (годен/негоден) всего состава и исправности/неисправности измерительных каналов БКК.

При появлении неисправного узла в каком-либо вагоне БКК данного вагона передает результаты контроля в БКНП независимо от наличия запроса из БКНП.

Вся информация, переданная из БКК вагонов в БКНП, записывается в память БКНП и сохраняется до конца рейса.

После окончания рейса информация из БКНП передается на внешний компьютер.

Параметр Б1 Б2 БЗ Б4 Б5 Б6 Б7 Б8 Р Г

Состояние

- годен Б1-НБ8 - букса от 1 до 8

Р - редуктор Г-генератор

- не годен по вибрации

- не годен по температуре и вибрации

- не годен по температуре -неисправен канал измерения

Рисунок 9 Табло проводника

араметр

~——

- годен Б1-гБ8 - букса от 1 до 8

Р - редуктор Г- генератор

- не годен по вибрации В1 -НВ15 - вагон № 1 -И 5

- не годен по температуре и вибрации

- не годен по температуре -неисправен канал измерения

Рисунок 10 Табло начальника поезда

Глава 4. Результаты ходовых испытаний системы мониторинга.

При ходовых испытаниях системы динамического мониторинга буксовых подшипников колесных пар, подшипников редуктора, подшипников генератора, зубчатого зацепления редуктора важнейшими условиями получения достоверного диагноза является правильный выбор места крепления датчика и направления контроля вибрации.

При выборе точек контроля вибрации учитывались следующие требования:

- точка контроля вибрации подшипников должна быть как можно ближе к месту действия статической нагрузки на подшипник;

- между точкой контроля и местом формирования высокочастотных колебательных сил должен быть минимум контактных поверхностей и не должно быть резких изменений сечения тех элементов подшипникового узла, по которым распространяется высокочастотная вибрация;

- вибрация на низких и средних частотах измеряется преимущественно в направлении действия статической нагрузки.

К наиболее информативным процессам, кроме вибрации механизма, относят также его тепловое излучение. Поэтому в наиболее ответственных узлах пассажирского вагона: буксах, редукторе, генераторе предусматривается как вибрационный, так и температурный контроль.

Для буксового узла контроль вибрации и температуры необходимо выполнять в наиболее нагруженной - верхней части корпуса в точке, равноудалённой от подшипников. Направление измерения - радиальное к оси вращения колёсной пары.

Для редуктора наиболее информативными являются зоны установки подшипников. Направление измерения вибрации выбирается радиальным к оси вращения валов редуктора.

Для генератора наиболее информативными являются зоны установки подшипников. Направление измерения - радиальное к оси вращения генератора.

Проверка результатов исследования проводилась при движении пассажирского вагона, оборудованного системой, в составе поезда, следовавшего по маршруту Челябинск - Магнитогорск - Челябинск. Испытания проводились на маршрутных скоростях, достигавших 110 км/ч.

Результаты обработки ускорений буксовых узлов показали устойчивое диагностирование технического состояния подшипников, а также индикацию прохождения рельсовых стыков и дефекты колес (сколы и раковины).

Результаты обработки ускорений редуктора показали возможность устойчивого диагностирования технического состояния зубчатой передачи как в целом, так и каждой шестерни в отдельности. Помимо этого устойчиво диагностируются все типы подшипников, входящие в редуктор.

Таким образом, этот вид испытаний показал, что для диагностики редуктора может быть использован только один датчик, но при этом следует тщательно выбирать частотные границы для выделения дефектных частот подшипников, чтобы не попасть на зубцовые частоты редуктора.

Проверка генератора показала устойчивую диагностику подшипника качения, но в случае нарушения целостности подшипника скольжения этот дефект не выявляется.

Проведенные испытания показали, что специфика динамического мониторинга требует создания базы дефектов не только для одной фиксированной скорости, как это принято в статическом мониторинге, а для широкого набора возможных скоростей движения поезда, включая скоростные параметры скоростного и сверхскоростного движения.

Заключение.

Выполненные исследования доказали теоретическую и практическую возможность проведения динамического мониторинга ходовых частей пассажирского подвижного состава при движении поезда.

Разработана система динамического мониторинга, позволяющая качественно повысить достоверность диагностики технического состояния железнодорожных составов при движении поезда.

Разработана трехкаскадная модель динамического мониторинга. Создан многоэтапный алгоритм контроля, упрощающий аппаратную часть системы и резко сокращающий объемы рабочей информации, передаваемой в бортовой компьютер.

Доказана возможность диагностирования одним датчиком подшипниковых узлов и зубчатых зацеплений редукторов.

Показана необходимость создания единой базы данных по дефектам на всем диапазоне магистральных скоростей.

Разработана и испытана система отображения результатов диагностики, одинаково информативная как для проводников, начальников поездов, машинистов и диспетчеров.

Установлена оптимальная схема размещения датчиков по отношению к наиболее информационным точкам диагностируемых узлов.

При испытаниях показано, что за счет высокой чувствительности вибродатчиков и интеллектуальной системы анализа возможно совмещение функций как контроля буксовых узлов, так и состояния колесных пар (износ гребня, выбоины и раковины на поверхности катания).

Учитывая, что система четко выделяет рельсовые стыки, в своем идеологическом построении она позволит детектировать сход вагонов в составе поездов за счет обязательного появления шпальной частоты.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Анализ систем диагностики технического состояния локомотивов и вагонов при движении железнодорожных составов.

ДЦНТИ, Н.Новгород, 2008 г.

2. Модель динамического мониторинга пассажирских составов. ДЦНТИ, Н.Новгород, 2008 г.

3. Алгоритмы и программное обеспечение бортовой вибродиагностической системы пассажирских вагонов.

ДЦНТИ, Н.Новгород, 2009 г.

4. Бортовая система динамического мониторинга пассажирских вагонов. ДЦНТИ, Н.Новгород, 2009 г.

5. Результаты и обобщение эксплуатационных испытаний пассажирского вагона, оснащенного системой динамического мониторинга. ДЦНТИ, Н.Новгород, 2008 г.

Список использованной литературы

1. Рандалл Р.Б. Частотный анализ. Дания. Издательство К. Ларсен и сын А/О, 1989.

2. Краковский Ю.М., Эльхутов С.Н. Комплексная вибродиагностика оборудования роторного типа. Теория, методы, приборы, технология. Контроль. Диагностика. 2003, №8.

3. Барков A.B., Баркова H.A., Федорищев В.В. Вибрационная диагностика колёсно-редукторных блоков на железнодорожном транспорте. Северозападный учебный центр, Санкт-Петербург.

4. Daniel Lynn. Выявление дефектов подшипников качения с помощью анализа вибраций. Computational Systems, Inc., www vibration.ru.

5. Образцов В.Л, Малышев В.П. Автоматизация технической диагностики колёс при движении поезда. М. транспорт, 1978.

6. Попков В. И., Мышинский Э. Л., Попков О. Н. Виброакустическая диагностика в судостроении. Л.: Судостроение, 1983.

7. Явленский К. В., Явленский А. К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. Л.: Машиностроение, 1983.

8. Александров А. А., Барков А. В., Баркова Н. А., Шафранский В. А. Вибрация и диагностика судового электрооборудования. Л.: Судостроение, 1986.

9. Генкин М. Д., Соколова А. Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.Машиностроение, 1999.

10. Мэтью, Альфредсон. Применение вибрационного анализа для контроля технического состояния подшипников качения. Конструирование и технология машиностроения, 1984, т. 106, №3.

11. Технические средства диагностирования. Под общей редакцией В. В. Клюева, М. Машиностроение, 1989.

s'-',;J

2009259309

2009259309