автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Методика организации мобильно-постовых диагностических комплексов на основе акустической информации

Международный межакадемический союз

На правах рукописи

10-6 1712

Иванов Александр Олегович

МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ МОБИЛЬНО-ПОСТОВЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Специальности 05.02.22 - Организация производства

Диссертация

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

Работа выполнена в ОАО «Российские железные дороги»

Научный руководитель: доктор технических наук,

Начальник Центральной Дирекции по ремонту грузовых вагонов -филиала ОАО «Российские железные дороги» Бочкарев Николай Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Спиридонов Эрнст Серафимович доктор технических наук Миронов Леонид Алексеевич

Защита состоится -го, 2010 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_ _2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Г.Е. Лазарев

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИОТЕКА 2010

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы.

В решении стратегической программы ОАО «Российские железные дороги» значительное место отводится мониторингу технического состояния тягового состава (электровозы, тепловозы), подвижного состава (пассажирские и грузовые вагоны) и объектов инфраструктуры, как железных дорог, так и отрасли в целом.

Одной из основных задач мониторинга локомотивов и вагонов в реальном времени - оценивать техническое состояние ходовых частей, функционирующих в тяжелейших эксплуатационных режимах.

Помимо этой задачи - идентифицировать приближение контролируемых технических параметров к своим критическим значениям, имеется прямая необходимость определять зарождающиеся дефекты, вычислять скорость их дрейфа. Решение этой комплексной проблемы дает прогноз безопасности резерва движения, что гарантирует безостановочную эксплуатацию поездов, и в свою очередь, создает реальные условия для перевода планово-предупредительных форм ремонта подвижного состава к обслуживанию с учетом реального их технического состояния. Это решается путем разработки и широкого внедрения бортовых систем и постовых диагностических комплексов. Реализация этих задач наиболее эффективна с применением бортовых систем.

Локомотивы оснащены комплексными локомотивными устройствами безопасности (КЛУБ), устройствами контроля бдительности машиниста (УКБМ), системами автоматического управления тормозами (САУТ), безопасным локомотивным объединенньм комплексом (БЛОК).

Пассажирские составы оснащены системами «Тревоги», где датчики контроля температуры нагрева подшипников устанавливаются на корпусах колесных буксовых узлов и передают непосредственно информацию проводникам, бригадиру поезда и затем тревожная информация поступает машинисту.

Гораздо сложнее обстоят дела с грузовыми вагонами. Отсутствие на борту электропитания полностью исключает возможность непрерывного режима

мониторинга технического состояния их ходовой части. Единственным массовым средством диагностики ходовых частей грузовых вагонов является комплекс технических средств многофункциональный (КТСМ), контролирующий температуры ходовых частей при прохождении грузовых составов" мимо его температурных датчиков. При этом измеряется температура нагрева буксовых подшипников и нагрев пары тормозная колодка - колесо в случае их несанкционированного контакта. Многолетняя эксплуатация КТСМ показала их низкую достоверность. В среднем ежегодно по ложным сигналам КТСМ внепланово останавливается 50 тыс. поездов.

Такой низкий уровень достоверности диагностики грузовых вагонов в движении поставил задачу разработки на новых принципах дистанционных комплексов современного поколения. Это во многом и объясняет превалирующую долю отказов буксовых узлов в общей статистике динамики событий (рис.1).

И тем не менее очевидно: поиск и разработка средств контроля и диагностики буксовых узлов грузовых вагонов следует рассматривать под углом зрения создания постовых диагностических комплексов.

Цель и задачи исследования

1. Проведен анализ постовых диагностических комплексов.

2. Разработаны принципы построения диагностических постовых комплексов на основе использования акустической информации.

3. Исследованы и установлены зависимости между данными, снимаемыми акселерометрами (А) и акустическими микрофонами (дБ).

4. Установлено ранжирование по видам отказов отдельных элементов подшипника.

5. Разработана архитектура компоновки акустических комплексов с учетом возможности оптимизировать диаграммы направленности приемников.

6. Разработаны схемы компоновки диагностических комплексов с учетом возможности их дислокации в местах эпицентра максимальных нагрузок на рельсовый путь с высокой бальностью его технического состояния.

□ всего событий Низ них по буксам

2008г. 2009г. 6 мес 2010г.

□всего событий 2648 4696 1664

■ из них по буксам 2260 3547 1035

Рис. 1 .Динамика событий

7. Показана возможность реализации системы «технического зрения» для идентификации забракованного вагона путем прочтения и запоминания его восьмизначного номера и передачи этой информации по радиоканалу в центр управления безопасности движения.

8. Доказана возможность определения остаточного ресурса ходовых частей грузовых вагонов.

Научная новизна диссертации:

1. Впервые разработана методика мониторинга технического состояния грузового вагона при движении поезда на основе акустической информации.

2. Установлены критические значения акустической информации на основе взаимосвязей показателей пьезоакселерометров и микрофонных датчиков.

3. Определена конфигурация акустических комплексов, позволяющая во многом расшить проблему "колесо-рельс".

4. Найдены схемы определения остаточного ресурса грузового подвижного состава.

5. Установлено ранжирование дефектов подшипников, оптимизирующее компоновку комплекса в аспекте его мобильности.

6. Предложена схема многоступенчатой отбраковки буксовых узлов.

7. Начата организация базы данных звуковых сигнатур «годен-брак».

Практическая значимость работы.

Разработанная методика позволяет создать новое поколение диагностических комплексов на основе использования акустической информации. Широкое внедрение комплексов качественно улучшит условия обеспечения безопасности перевозок, а наращивание интеллектуальной мощности комплекса позволит расширить его диагностический диапазон в плане идентификации других видов дефектов.

Структура и объем работы.

Научный доклад состоит из четырех глав, заключения, списка научных трудов

по диссертационной теме и списка использованной литературы.

6

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ НАУЧНОГО ДОКЛАДА.

Глава 1. Постовые диагностические комплексы для железнодорожного транспорта.

Постовые диагностические комплексы на сегодня являются единственным действенным инструментом проведения технического мониторинга вагонов в процессе движения грузовых составов.

При эксплуатации поезда наиболее интенсивно изнашиваются подшипники буксовых узлов и колеса, испытывающие максимальные, в том числе превышающие предельные значения, динамические нагрузки.

Дефекты и неисправности тележек создают дополнительные осевые нагрузки на подшипники, ускоряют их износ, приводят к люфту и другим повреждениям. Изменяются геометрия и профиль колес с подрезанием гребня. Накапливается усталость поверхности качения колеса.

Дефекты поверхности качения колеса, в свою очередь, ускоряют износ, вызывают люфт и повреждения поверхностей качения подшипников. Изменяется геометрия тележки, вызывающая сходы с рельсов.

Дефекты профиля и поверхности качения колес приводят к повреждениям рельсов, верхнего строения пути и к сходам с рельсов. Отказ и перегрев подшипника буксового узла завершаются сходом с рельсов.

Заклинивание неисправными тормозами колес вызывает их перегрев. На поверхности качения появляются ползуны, что также приводит к сходу вагонов с рельсов.

Дефекты поверхности качения колес создают недопустимые ударные нагрузки на рельсы и подшипники. Это ускоряет их разрушение.

Отцепки вагонов по неисправностям букс с роликовыми подшипниками составили 63,2 % от общего числа браков. При этом основное количество ( 86%) отказов буксовых узлов происходит под гружеными вагонами. В них наиболее интенсивны износ и разрушение подшипников с дефектами, неисправностями и повреждениями.

Техническая диагностика и вопросы автоматического съема исходной информации о перевозочном процессе становятся приоритетными. Достоверность и оперативность информации определяют эффективность системы управления.

Бортовые диагностические системы, подключаемые к действующим агрегатам для контроля состояния подвижного состава, обеспечивают предрейсовый и оперативный контроль состояния агрегатов. Информация отображается, и выдается предупреждение о предельных режимах в эксплуатации.

При этом регистрируются отклонения параметров, обнаружение отказов. Работникам выдаются рекомендации по оперативному выходу из аварийной ситуации.

Мировая практика показывает, что для грузового подвижного состава наиболее эффективное направление развития средств диагностики - диагностика на ходу поезда. Еще ее можно применять для пассажирского и, что особенно важно, для высокоскоростного движения.

До последнего времени технологии обнаружения неисправностей, прежде всего, развивалась на основе пригодности узла к дальнейшей эксплуатации. При этом информация выдавалась в виде сигналов тревоги. Системы срабатывали только после выхода параметров за критические пороги.

Такие детекторы не оптимальны для долговременного наблюдения, вследствие чего они не подходят для современного управления парком подвижного состава и контроля рисков.

В настоящее время на железных дорогах отрасли экспутируется ряд современных постовых диагностических комплексов.

Система «Комплекс» (рис.2) на основе применения твердотельных лазеров и сложнейшей программы контролирует толщину и ширину обода, диаметр колеса, расстояние между внутренними гранями колес, равномерный прокат, толщину гребня и сползание буксы.

Такое высокое разрешение системы определяется возможностью сканировать, как наружные, так и внутренние поверхности колесных пар (рис. 3).

Рис. 2. Система «Комплекс»

Рис. 3. Схема измерения гребня колеса

Комплекс для системы контроля вертикальных динамических нагрузок (СКДВ) диагностирует вертикальные нагрузки за счет подрельсового размещения волокно-оптических датчиков (рис.4, 5), передающих с высокой достоверностью информацию в анализатор системы.

Рис. 5. Волоконно-оптические датчики

Он выявляет вагоны с повышенным динамическим воздействием на путь для последующей проверки и, при необходимости, изъятия их из эксплуатации. Увеличение срока службы колес и рельсов при использовании напольных детекторов ударных нагрузок позволит сократить эксплуатационные расходы.

Система определения вертикальных динамических нагрузок представляет собой стационарное измерительное устройство для обнаружения некруглых колес. Также она взвешивает вагоны и выявляет перегрузки, вызванные неравномерным расположением груза, определяет наличие наваров, ползунов и неравномерность проката колес.

Новые средства диагностики расширяют возможности и дополняют, но не заменяют широко применяемые в большинстве стран и в России системы теплового контроля буксовых узлов типа КТСМ (рис.6).

Выносной модуль левого канала

Выносной модуль правого канала

Пункт тепловой диагностики

Левый канал

Правый канал

пто

станции

Рис. 6. Комплекс КТСМ

Эти комплексы обладают рядом недостатков:

> низкая достоверность обнаружения дефектов букс, приводящая к неплановым остановкам поездов (подтверждается не более 11 % тревожных сообщений, при этом около 50 тыс. поездов останавливается за год по ложным сообщениям);

> невозможность выявления дефектов кассетных букс, имеющих более высокий уровень нагрева, с требуемой достоверностью;

> невозможность прогнозировать дефекты на ранней стадии для сокращения затрат на ремонт;

> отсутствие контроля развития дефекта при движении вагонов по всему маршруту следования (накопление информации);

> увеличение эксплуатационных расходов на содержание и регулировку технических средств диагностики;

> недостаточная надежность технических средств при сложных условиях эксплуатации, низкой квалификации персонала и незащищенности от вандализма;

> низкая мобильность системы.

Несмотря на указанные недостатки КТСМ, на сегодня, не существует ему альтернативы в отраслевом масштабе применения.

Одной из возможных альтернатив решения в ближайшем будущем может стать создание дистанционного диагностического комплекса на основе акустической информации, снимаемой при движении грузовых составов.

Глава 2. Основные требования к альтернативному постовому дистанционному диагностическому комплексу.

В свете разработки отраслевой системы процессного управления безопасностью железнодорожных перевозок (в том числе на основе автоматизированной системы мониторинга состояния подвижного состава, пути), защиты объектов железнодорожного транспорта на базе оценки стратегических рисков тяжелых катастроф каждая новая разработка диагностического плана должна вносить совой позитивный вклад в жизненный цикл системы (рис. 7)

В свою очередь жизненный цикл системы во многом зависит от глубокой интеллектуализации железнодорожного транспорта, которая включает в себя:

• единое информационное пространство транспорта с обеспечением информационной защиты;

• интеллектуальные логические системы;

• системы цифровой радиосвязи со всеми объектами транспортной инфраструктуры;

• системы финансового мониторинга и оптимизации расходов;

• центра прогнозирующего контроля состояния вагонов и локомотивов на ходу поезда;

• центра ситуационного контроля местоположения вагонов, локомотивов и эксплуатационного персонала с их автоматической идентификацией;

• системы управления движением поездов на основе спутниковой навигации цифровой радиосвязи (ГЛОНАСС);

• спутниковые технологии мониторинга объектов и радиолокационного зондирования;

• интеллектуальные системы управления эксплуатационной работой.

Данная разработка должна послужить в значительной степени:

> преобразованию системы управления безопасностью движения в систему нового поколения, характеризующуюся переходом от реактивного подхода к управлению проактивному, усилению роли ответственности участников

процесса обеспечения безопасности за предоставление доказательств достигнутого уровня безопасности, изменению отношения к информационным процессам и роли человека;

Рис.7. Жизненный цикл систем

> переходу от информации, полученной на основе статистических данных,

отражающих историю изменения измеряемых показателей в прошлом, к <

прогнозным показателям, на основе мониторинга технического состояния

подвижного состава. 1

В основу нового комплекса закладывается его построение на основе

использования акустической информации. Комплекс предназначенных для

акустического контроля технического состояния (диагностики) буксовых узлов

колесных пар грузовых вагонов. При этом комплексом обеспечивается:

непрерывный процесс измерений, регистрации, информации и оперативной

диагностики в процессе прохождения грузового состава мимо измерительного

участка; автоматическое обнаружение дефектов подшипников буксовых узлов

14

вагонов, включая дефекты роликов, сепаратора, наружных и внутренних колец; регистрацию порядкового номера с головы поезда, порядкового номера колесной пары, в вагоне и с другой стороны вагона, в котором обнаружены дефекты.

Помимо этого в разработке должна быть заложена возможность реализации:

> имеющейся вибродиагностической информации для установления взаимосвязи данных, получаемых пьезоэлектрическими датчиками и микрофонами;

> ранжирования по видам отказов отдельных элементов подшипников;

> систем технического зрения для идентификации неисправных вагонов, путем прочтения и запоминания их восьмизначных номеров;

> передачи диагностической и видеоинформации по радио каналам в центры управления безопасностью движения;

> принципа компоновки мобильного варианта конструкции, который позволяет оперативно дислоцировать комплекс в местах эпицентра максимальных нагрузок на рельсовый путь высокой бальности его технического состояния;

> определения остаточного ресурса, гарантирующего безаварийное использование грузовых вагонов на всем протяжении установленного плеча движения;

> достоверности информации при скоростях движения поездов по участку контроля от 30 км/ч до 90 км/ч;

> микрофонов датской фирмы «БРЮЛЬ и КЪЕР».

Техническое состояние узлов должно определяться следующими способами:

• оценка уровней вибрации в полосах частот;

• анализ спектра огибающей сигнала виброускорения;

• анализ спектра виброскорости;

• оценка эксцесса;

• оценка пик-фактора;

• оценка небаланса;

Информация обеспечивает следующие данные дефектов подшипников буксовых узлов, полого вала, якоря, редуктора:

• повреждениях сепаратора;

• дефектов тел качения( износ, трещины, раковины, сколы, задиры, коррозия, шелушение, электроожоги на телах качения);

• дефектов наружного кольца( износ, трещины, раковины, сколы, задиры, коррозия, шелушение, электроожоги на наружном кольце);

• дефектов внутреннего кольца(износ, трещины, раковины, сколы, задиры, коррозия, шелушение, электроожоги на внутреннем кольце);

• недостатка смазки или плохое ее качество;

• дефектов зубчатой передачи редуктора.

Постовые акустические комплексы должны в своем аппаратно-конструктивном исполнении и в возможности передачи диагностической информации полностью вписывается в систему КТСМ.

Мобильно-постовые комплексы должны быть полностью автономны, включая возможность диагностики (один микрофонный модуль, идентификации забракованных вагонов («техническое зрение») и передачи диагностической и видео информации по радио каналам.

»

Глава 3. Методика мониторинга грузовых составов на основе акустической информации.

Методика мониторинга с использованием акустической информации для последующего создания постовых диагностических комплексов включает в себя несколько основных экспериментально-исследовательских этапов.

Реализация вибродиагностической информации для установления взаимосвязи данных получаемых от пьезоэлектрических датчиков и микрофонов.

Для проведения этого исследования был использован серийный комплекс вибродиагностики подшипников буксовых узлов колесных пар грузовых вагонов.[1] На одном буксовом узле комплекса был помещен годный(эталонный) подшипник, а на другом буксовом узле последовательно и проверялись подшипники (одновременно с эталонным), имевшие дефекты роликов, сепараторов, внешних и внутренних колец. На корпусах буксовых узлов были установлены пьезоэлектрические датчики и проводилась диагностика по серийной технологии с гармониками, определяемыми по формулам: Сепараторные гармоники

= (1) Где, Д,- частота вращения внутреннего кольца, <2П- диаметр тел качения, л.- диаметр сепаратора, ос- угол контакта тел качения. Гармоники, определяемые прокатыванием тел качения по наружному кольцу:

= = \Щ (1 - ^соз(о0)2ц (2) где - число тел качения в одном ряду подшипника.

Гармоники, определяемые прокатыванием тел качения по внутреннему кольцу

ки = = !*/„( 1 +|»«м(оо)2п (3)

Гармоники тел качения (роликов)

Одновременно с вибродиагностикой велась запись и последующая обработка акустических сигналов микрофонов, расположенных непосредственно около буксовых узлов колесной пары, установленной на этом же стенде.

Испытания показали, что шумы, не превышающие 40 с!В, были одинаково зафиксированы при акустической диагностике как годных так и бракованных подшипников. Этот результат потребовал поиска новых решений. Но он доказательно показал, что микрофонные датчики «слушают» подшипники, но с недостаточным разрешением по шумовому фронту.

Следующая серия испытаний была перенесена из статистических условий ремонтных депо на подвижной состав.

Для этого был скомплектован действующий макет акустического постового модуля, включающий измерительные микрофоны фирмы Брюль и Къер с предусилителями, согласующую аппаратуру, системы сбора и обработки акустической информации, стандартное программное обеспечение и ПК. Одновременно был оборудован грузовой вагон бортовой экспериментальной системой динамического мониторинга его ходовой части, с наработанным программным обеспечением и базой данных по годным и бракованным подшипникам.

Данная система при движении грузового состава определяет не только состояние подшипников буксовых узлов (годен, брак) но и идентифицирует брак каждого из элементов подшипника.

Испытания в диагностическом режиме проводились с одновременной записью информации проверяемых подшипников как бортовой системой так и постовым комплексом. Укрупненный алгоритм установления зависимости между вибро и акустической системами приведен на рис. 8.

Рис.8. Алгоритм формирования базы данных акустических сигнатур

19

По этому алгоритму были проведены длительные совместные диагностические испытания, которые позволили установить зависимость между вибро и акустической диагностической информацией для основных видов дефектов подшипников. (Табл.1)

Элементы подшипников м/с" йВ №

Ролики 0,002 70 7-12

Внутреннее кольцо 0,007 74 3-5

Сепаратор 0,013 81 6-8

Наружное кольцо 0,06 88 25-35

По результатам испытаний по приведенному алгоритму установлено, что в диапазоне 80-95 с!В определяются не только бракованные подшипники, но и их основные дефекты. (Рис. 9,10,11,12).

Тем самым, появилась реальная возможность приступить к формированию базы данных звуковых сигнатур, тесно откорректированной по базе данных динамического мониторинга грузовых вагонов с использованием пьезодинамических датчиков.

Ранжирование по видам и последствиям отказов подшипников преследовало цель установить оптимальную оснащенность микрофонными датчиками и обеспечивающих их системами, создаваемых диагностических постовых комплексов. Картина по видам отказов приведена в таблице 2.

Элементы подшипников Процент отказов

Сепараторы 62%

Наружное кольцо 23%

Ролики 17,9%

Внутреннее кольцо 1,1%

.7.5

-«г •90 •9« • Ю.С

0 05 1 1 5 2 2.5 3 3$ 4 4.$ 5 55 в 85 7 ?.$

* евекя (е)

»^^»^■»«»««^««■^^¡ммн^ттУ!- ...................... I I ■ -. •

О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 0ОО

Л Частота (Гц)

Рис.12. Сигнал и спектр подшипника с дефектом тел качения

Казалось бы, судя по этому процентному распределению брака, следует настраивать диаграммы направленности этих систем, только на первые три дефекта. Но последствия от этих видов брака различны. Брак сепаратора, наружного кольца и роликов не приводит к авариям и катастрофам.

Другое дело внутреннее кольцо. Его нарушение приводит вначале к резкому разогреву шейки оси колесной пары, а затем, как правило, на участках полотна с высокой бальностью происходит срез шейки и здесь аварийное состояние неизбежно. Поэтому мобильно постовые комплексы должны быть ориентированы на глубокую диагностику неисправности внутренних колец подшипников и дислоцироваться в местах максимальной грузонапряженности перевозок.

Автоматическая идентификация номеров грузовых вагонов на основе систем «технического зрения» (рис.13) только по настоящему необходима для диагностических постов мобильного варианта оформления, так как для стационарных акустических комплексов используются системы управления и передачи информации КТСМ.

65%6343

65966343

Рис. 13. Система идентификации номеров грузовых вагонов

Современный уровень технических средств позволяет реализовать систему автоматического считывания без управления источниками изображения, то есть

система не имеет обратной связи и не осуществляет автоматический контроль за результатом полученного изображения. -

Система автоматической визуальной идентификации номеров подвижного состава обеспечивает полную картину факта прохождения железнодорожного состава на основе последовательности изображений, полученных, в реальном времени.

Анализ сцен обеспечивает выделение позиции номера, где бы он не был расположен на плоскости вагона и не зависимо от его типа, что предоставляет возможность просмотреть, при желании последовательность вагонов в составе и ее изменение непосредственно по изображениям вагонов.

Распознавание номеров обеспечивает автоматическое считывание номеров каждого вагона в составе не зависимо от динамических характеристик и без ограничений на стандарт надписи.

Модульный принцип построения системы управления визуализацией обеспечивает возможность ее эксплуатации вне зависимости от структуры предполагаемой позиции контроля прохождения или формирования подвижного состава, что полностью подходит для компоновки мобильного варианта акустического комплекса.

Устойчивость и достоверная повторяемость результатов, получаемая на экспериментальном оборудовании, в реальных рабочих условиях, при диагностике и последующей идентификации грузовых вагонов с забракованными подшипниками позволили приступить к завершающему этапу методики - поиску схем определения остаточного ресурса ходовых частей грузовых вагонов.

Дискретный характер построения акустического мониторинга потребовал создания пионерского полигона в составе 8 постов, контролирующих техническое состояние ходовых частей вагонов при многократном прохождении мимо микрофонных датчиков грузовых составов. При длительной эксплуатации данного полигона накопился значительный объем акустической информации, который при обработке позволил установить пороговое значение для технического состояния ходовых частей грузового вагона равного 90 с!В.

26

Была экспериментально установлена кривая скорости дрейфа прогнозного развития дефекта подшипника.(Рис.14) Реальные прогнозные кривые имеют, в отличие от теоретической три существенных показателя: величину гарантированного безостановочного пробега Дь прогнозного безаварийного пробега Л2 и прогнозного суммарного запаса в ткм А3= Л1+Л2.

Пороговый уровень тревоги - 90 с!В

2170 £

д3=д1+д

12 3 4 5 67 8

Номера диагностических постов

Рис.14. Графическое отображение прогнозного мониторинга

Таким образом, после полного оснащения магистральных направлений акустическими, диагностическими комплексами появляется реальная возможность активного управления безопасностью перевозок с определением в реальном режиме времен и величин безостановочного и безаварийного пробегов грузовых составов.

Глава 4. Результаты и дальнейшее совершенствование акустической диагностики. ~

Разработанная методика была востребована при создании постовых дистанционных диагностических комплексов - ПАК. (Рис.15).

Рис.15. Постовой акустический комплекс - ПАК.

Более того в программе ОАО «РЖД» «Отраслевая система процессного управления безопасностью железнодорожных перевозок, в том числе на основе автоматизированного мониторинга технического состояния подвижного состава и пути, защиты объектов железнодорожного транспорта на базе оценки стратегических рисков тяжелейших катастроф» акустическая сигнатура наравне с контролируемой температурой были приняты за базовые индикаторы технического состояния подвижного состава в условиях динамического мониторинга. (Рис.16)

Пользователи.

Подразделения и предприятия железных дорог по обслуживанию и ремонту подвижного состава , обеспечению безопасности движения

Система привязки диагностированного объекта к его идентификационному номеру (АСОУП, ГИД Урал, ДИСПАР19

ИЦ-КДК

1=1

Система подготовки и централизованного предоставления пользователям данных и рекомендаций по обслуживанию и ремонту диагностированных объектов

Система сетевого мониторинга , анализа тенденций и прогнозирования остаточного , безопасного по показателям критичности, пробега вагонов сДНП

] Система сбора, обработки и формирования баз данных первичной ___ информации, поступающей с узловых постов КДК

<

Система передачи данных

Система идентификации подвижного состава

Узловые путевые посты комплексного диагностического контроля. Интеграция систем

Системы ранней диагностики ДНП тележек (СРДТ) \

Система ранней диагностики ДНП подшипников (СРДП) буксовых узлов

X

I

Системы ранней диагностики дефектов колес (СРДК)

Система теплового и акустического контроля буксовых узлов и колес

Рис. 16. Системная архитектура Комплексного диагностического центра

Техническому совершенствованию акустической диагностики настоятельно требуется переход от отдельных микрофонных датчиков к многомикрофонной акустической системе - фазированной решетке.

Фазированные решетки, обладая узкой диаграммой направленности, высоким подавлением боковых лепестков и с программным фазированием позволят

значительно усилить сигнатуру звуковых сигналов от диагностируемых объектов, что значительно увеличит достоверность акустической диагностики. -

Постовые комплексы в своем конструктиве должны обеспечить переход системы на новый объект диагностирования только путем изменения программы обработки сигнала.

За счет этих новшеств появится возможность существенно расширить технологический диапазон акустической диагностики:

- скоростные поезда при скоростях до 200 км/час;

- сползание буксы;

- выбоины, сколы, ползуны, глубокое шелушение поверхности катания колес;

- виляние тележек;

- импульсные ударные нагрузки;

- трещины колес.

В пределе, учитывая что ПАК контролирует причины вызывающие нагрев, весьма реально в ближайшем будущем отказаться от услуг КТСМ и полностью перейти на единый отраслевой мониторинг - акустический.

Заключение

1. Проведен анализ постовых диагностических комплексов.

2. . Впервые разработана методика организации постовых диагностических комплексов на основе акустической информации.

3. Разработан мониторинг ходовых частей грузовых вагонов на основе акустической информации.

4. Разработаны принципы построения диагностических постовых комплексов на основе использования акустической информации.

5. Исследованы и установлены зависимости между данными, снимаемыми акселерометрами (А) и акустическими микрофонами (дБ).

6. Установлено ранжирование по видам отказов отдельных элементов подшипника.

7. Разработана архитектура компоновки акустических комплексов с учетом возможности оптимизировать диаграммы направленности приемников.

8. Разработаны схемы компоновки диагностических комплексов с учетом возможности их дислокации в местах эпицентра максимальных нагрузок на рельсовый путь с высокой бальностью его технического состояния.

9. Показана возможность реализации системы «технического зрения» для идентификации забракованного вагона путем прочтения и запоминания его восьмизначного номера и передачи этой информации по радиоканалу в центр управления безопасности движения.

10. Доказана возможность определения остаточного ресурса ходовых частей грузовых вагонов.

11. Предложена схема многоступенчатой отбраковки буксовых узлов.

12. Предложен алгоритм сопоставления диагностических данных от пьезоэлектрических датчиков и микрофонов.

13. Сформирована первоначальная база звуковых сигнатур для диагностики подшипников буксовых узлов колесных пар.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Цельнокатаные колеса для железнодорожного транспорта. Патент № 2376149 2008г. в соавторстве.

2. Унификация позволит снизить расходы. Журнал «Вагоны и вагонное хозяйство» г. Москва, 2008г.

3. Новая смазка обеспечит заданный межремонтный пробег. Журнал «Вагоны и вагонное хозяйство» г. Москва, 2008г.

4. Постовые диагностические комплексы для грузового железнодорожного транспорта. ДЦНТИ, г. Нижний Новгород, 2008г.

5. Основные технические требования к постовым диагностическим комплексам. ДЦНТИ г. Нижний Новгород. 2009 г.

6. Постовые диагностические комплексы - основа перехода от реактивного к проактивному характеру управления безопасностью перевозок. ДЦНТИ, г. Нижний Новгород.2010 г.

7. Мобильно-постовые акустические комплексы для диагностики грузовых вагонов при движении железнодорожных составов. ДЦНТИ, г. Нижний Новгород.2010 г.

Список использованной литературы

1. Способ комплексной вибродиагностики подшипников качения и устройство для его осуществления. Патент № 2336512, в соавторстве.

2. Барков A.B., Баркова H.A. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации: Учебное пособие. СПб.:Изд. Центр СПбГМТУ, 2004, 152 с.

3. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А.-М.: Наука, 1988.

4. Общая теория статистики И.И. Елисеева, М.М. Юсбашев, М.: Финансы и статистика, 2002.

5. Воротилкин A.B. Методология повышения достоверности средств неразрушающего контроля. ДЦНТИ, г. Нижний Новгород. 2008 г.

10-2301Ъ

2009062696

2009062696