Реферат по теория и практика инженерного исследования «Методы и приборы диагностики механической части эпс»

Безразборная диагностика подшипниковых узлов. Основной принцип данного метода состоит в регистрации и анализе акустиче­ского излучения, генерируемого подшипниковым узлом при его ра­боте. Для оценки этого излучения применяют индикатор ресурса подшипников ИРП-12.
Диагностический прибор ИРП-12 состоит из пьезоэлектрического датчика, измерительного блока с жидкокристаллическим дисплеем и соединительного кабеля с разъемами. Схема измерительного блока обеспечивает обработку ультразвукового сигнала всех элементов подшипниковых узлов и оценку их состояния. Результат выводится на дисплей прибора в баллах. Состояние диагностируемого узла оце­нивают после сравнения фактического показания прибора с норма­тивными картами, выполненными для конкретного узла. Для исполь­зования данного метода необходимо установить соответствие между показаниями прибора и состоянием подшипникового узла, а также определить экспериментально границы зон допустимой эксплуата­ции. Для диагностирования подшипниковых узлов (буксовых под­шипников, якорных и пр.) колесные пары необходимо вывесить и вращать со скоростью 130—160 об/мин. Для обеспечения надежного акустического контакта пьезоэлектрический датчик прижимают к корпусу подшипникового узла с усилием 50—60 Н.
Для построения нормативной кривой (рис.3) подшипникового узла через определенный промежуток времени необходимо проверять прибором ИРП-12 техническое состояние объекта диагностирования и записывать показания прибора, по которым строится кривая.
На нормативной кривой выделены три характерные зоны: зона Ⅰ — устойчивая работа подшипника, участок характеризуется начатом зарождения поверхностных выкрашиваний и микрогрещин, наличием слабых дефектов смазок;
зона Ⅱ — допустимая эксплуатация. Происходит дальнейшее раз­витие дефектов с характерными признаками;




Рис. 3. Нормативная кривая состояния подшипника буксового узла
зона III — предельное техническое состояние. Характеризуется тем, что дальнейшая эксплуатация узла недопустима. В этой зоне по­являются раковины на дорожках и телах качения, образуются тре­щины на кольцах и возникают недопустимые износы сепараторов. Таким образом, разбив нормативную кривую на три участка, можно довольно четко производить отбраковку дефектных узлов. Процедура диагностирования подшипниковых узлов прибором ИРП-12 не требу­ет значительных затрат времени и последующей обработки получен­ных данных. Это позволяет быстро оценивать состояние подшипни­ковых узлов и оперативно принимать решения.
Колесные пары
К неисправностям колесных пар, оказывающим влияние на бе­зопасность движения поездов, относятся равномерный и не­равномерный износы бандажей и цельнокатаных колес по поверхнос­ти катания. Существующая методика измерения параметров колесной пары шаблонами невысокой точностью, наличием субъективных ошибок, большой трудоем костью и неудобством проведения измере­ний под локомотивом, поэтому предпочтительнее использование ав­томатизированных средств контроля. Для внедрения автоматизиро­ванного контроля необходимо выбрать оптимальные параметры бан­дажа и методику их измерения. В основу построения известных дат­чиков автоматизированного измерения проката колес положены различ­ные физические явления, обеспечивающие бесконтактное измерение. С этой целью возможно использование фотоэлектрических, акусти­коэлектрических датчиков, реализующих радиометрические методы. Рассмотрим использование фотоэлектрического датчика с волоконно- оптическим преобразователем.
При движении колесной пары по рельсам размер опускания гребня зависит не только от проката, но и от поперечных перемещений. Ам­плитуда перемещения колесной пары определяется суммарным зазо­ром между гребнями бандажей и внутренними гранями рельсов, ко­торый зависит от ширины колеи S, расстояния между внутренними гранями бандажей t и толщины гребней :
= - -2 =1526-1435-50=41 мм
= - -2 =1516-1443-66=7 мм
= - -2 =1521-1440-58=23 мм
Для измерения размера опускания гребня, определяющего размер проката, необходимо рабочую часть бандажа разделить на равномер­ные участки и найти тот оптимальный отрезок, на котором зависи­мость между прокатом и опусканием гребня будет максимальной (рис. 4). При этом следует учитывать взаимное положение осей рельса и бандажа, которое можно определять по зазору между внут­ренней гранью рельса и гребнем бандажа. При среднем зазоре = 12 мм контакт колеса с рельсом происходит по кругу катания.
На практике все колесные пары локомотива установить на конт­ролируемые участки невозможно, поэтому измерения необходимо


Рис. 4. Профиль бандажа колесной пары, размеченный на участки 1—16 для определения оптимального отрезка

проводить сначала с одной стороны, а затем с другой. При этом рель­сы на участке замеров должны быть новые, а под каждой колесной парой необходимо установить фотоэлектрические датчики для снятия информации о состоянии бандажей колесных пар. Каждый датчик связан электрически с коммутатором и устройствами обработки ин­формации.

Данный метод позволяет в стационарных условиях проверить про­кат каждой колесной пары за короткий промежуток времени, но в связи с тем, что колесные пары занимают произвольные положения, системы технического контроля необходимо дополнять вычис­лительными устройствами для решения задач корреляции (рис. 5). Как видно из рисунка, связь между опусканием гребня и зазором ме­жду рельсом и гребнем зависит от величины проката . Следова­тельно, определяя эти взаимосвязанные величины, можно с доста­точной достоверностью установить прокат бандажа. Недостатком этого метода является невозможность проверки всех параметров бан­дажа.


Рис. 5. Корреляционные графи­ки при определении проката ко­лесных пар

Наиболее перспективным направлением является обмер основных параметров бандажа, влияющих на безопасность движения, автомати­зированным электронным шаблоном.

Ресурс профиля бандажа является одним из основных факторов, определяющих циклы ремонта и эксплуатации тягового подвижного состава. От состояния профиля бан­дажа зависит характер в заимодействия колеса с рельсом и, в конечном итоге, безопасность движения. Для оценки технического состояния колесной па­ры используются следующие конт­рольные параметры: высота гребня бандажа ; толщина гребня бандажа ; крутизна гребня бандажа ; но­минальный диаметр колеса ; меж- бандажное расстояние A (рис.6).


Рис. 6. Контрольные параметры бандажа

Предельные значения этих парамет­ров различны и зависят от принятых раз­меров колесной пары и ширины колеи.

Технический контроль за колесны­ми парами осуществляется непосред­ственно под локомотивом на спе­циальном участке пути, где смон­тированы основные устройства, состоящие из рамы, на которой смонтированы датчики, привод­ные элементы и кабельные линии. Аппаратурная часть находится отдельно в специальном помеще­нии. Каждый параметр измеряет­ся при помощи базовых 1 и при­водных 2 элементов, воздействуя на соответствующие датчики Д (рис.7). Одновременно контро­лируются правое и левое колеса колесной пары, которые расположены в измерительных рамках и за­щищены от прямого атмосферного и механического воздействия.


Рис. 7. Схемы автоматизированного измерения параметров колесной пары

Информация от датчиков после преобразования в системе автоматического измерения (САИ) рис. 8 поступает в микропро­цессорное устройство, где происходит процесс обработки данных по заданному алгоритму диагностирования. Для этой цели исполь­зуется персональная микро ЭВМ с соответствующей клавиатурой и набором специализированных периферийных устройств. При помощи пульта управления регистрируются знаме­ния измеренных параметров. Параллельно с распечаткой измеренных величин осуществ­ляется передача информации в банк данных.

Объем памяти позволяет хранить и накап­ливать информацию о состоянии колесных пар всего локомотивного парка. Накопленная ин­формация хранится до достижения одним из параметров предельного значения и принятия решения о виде ремонта колесной пары. Обслуживание САИ осуществляется в диалого­вом режиме. Выполняются следующие коман­ды: включение устройства; введение данных о серии и номере локомотива; ввод данных о пробеге локомотива после последней обточки; ввод данных о номере кабины машиниста и направлении прохода локомотива через САИ. Локомотив через САИ движется с малой ско­ростью (не более 10 км/ч) под контролем микропроцессора.


Рис. 8. Структурная схе­ма автоматизации изме­рений колесной пары: САИ — система автома­тического измерения; МП — микропроцессорное устройство; ПУ — пульт управления; БД — база данных


Система обладает необходимыми точностью, стабильностью и достаточной достоверностью. Определяющую роль в точности из­мерения параметров играют датчики. Для диагностирования пара­метров бандажа используют контактные и бесконтактные датчики. Контактный специа­лизированный электромеха­нический датчик (рис. 9) . Датчик крепится к специальной раме и состоит из подвижного улавливающего угольника 11, на котором смонтированы датчики толщи­ны гребня 1 и проката 2, свя­занные с резисторами 3 и 4 и измерительным прибором. Управляющий угольник при­жимается к вершине гребня поршнем 6, который вставлен в боковую подвеску 5. К реборде ко­леса угольник прижимается пружиной 9. Стойка 12 укрепляется бол­тами на пластине 7. Датчики настраивают методом сравнения с ре­зультатами ручных измерений. При необходимости под стойку под­кладывают пластины 8.



Рис. 9. Датчик контроля износа бандажей

Скорость передвижения по установке не более 5 км/ч. Одновре­менно контролируются два колеса. В микропроцессорное устройство вводится информация о состоянии всех колесных пар каждого локо­мотива для обработки и хранения и передается дежурному по депо для своевременной постановки локомотива на обточку бандажей ободьев колес.

Бесконтактный контроль параметров колесных пар. Рост скоро­сти движения и объема грузовых и пассажирских перевозок повышает роль оперативного бесконтактного контроля параметров колесной па­ры. От состояния колесной пары во многом зависит безопасность дви­жения поездов. В процессе эксплуатации происходит износ элементов колеса, изменяется профиль бандажа, возникают ползуны, отколы, тре­щины и другие дефекты, способствующие появлению аварийных си­туаций. По мере износа ухудшаются как эксплуатационные показатели поперечной динамики подвижного состава, так и особо важные показа­тели безопасности, включая вероятность схода с рельсов.
Значительный эффект получается при контроле параметров колес­ной пары на ходу при проезде напольных устройств диагностики, рабо­тающих на принципе бесконтактного оптического измерения. Эти сис­темы позволяют выявлять дефекты колеса задолго до того, как они мо­гут стать причиной аварий. Ряд таких систем внедряется на железных дорогах России и за рубежом. С их помощью можно измерять в дина­мике диаметр колеса, высоту и толщину гребня, ширину изнашиваемой части поверхности катания и профиль бандажа.
Основные функциональные элементы таких систем следующие:

• 
  источник излучения — лазерный диод, работающий, как правило в диапазоне длин волн 630—670 нм, и реже — в инфракрасном диапазо­не;
  
• 
  фотоприемник, регистрирующий излучение, отраженное от по­верхности колеса;
  
• 
  средства обработки результатов измерения.
  

В качестве фотоприемника используют чаще всего приборы с заря­довой связью (ПЗС-линейки или матрицы) с прогрессивной разверткой и регулируемой электронной экспозицией для захвата кадра изображе­ния
Для того чтобы лазерный луч попадал на рассматриваемую по­верхность и не перекрывался посторонними предметами (рельсом, тормозной колодкой), лазер и фотоприемник располагают под оп­ределенным углом относительно друг друга. Расстояние между из­мерительными модулями выбирают с учетом четкого отображения измеряемых областей поверхности колеса. Для получения более чет­кого изображения некоторые устройства комплектуются двумя и бо­лее лазерами. Освещение колеса несколькими лазерами, каждый из которых проектирует несколько раздельных в пространстве лучей, позволяет уменьшить влияние на точность измерений дефектов и ло­кальных вариаций поверхностей геометрии колеса. Начало из­мерительного цикла инициируется сигналами, поступающими с дат­чиков положения колеса, которые фиксируют его появление в зоне контроля.
Сигналы с выходов фотоприемников поступают на специальное устройство, захватывающее кадр, преобразующее его в цифровую форму. Далее информация поступает в процессор, где производится окончательная обработка результатов и расчет требуемых параметров колеса.
Некоторые устройства имеют дополнительные датчики скорости колеса, информация о которой используется в дальнейшем для кор­ректировки его профиля. Измерение диаметра колеса производят двумя лазерами с V-образно расходящимися лучами в одной плоско­сти, которые располагаются ниже уровня головки рельса. На качество и точность измерений большое влияние оказывают внешние техниче­ские и природные факторы: солнечные лучи, температурные колеба­ния, вибрация рельсов и др. Для исключения этих помех увеличивают мощность лазера, фильтрацию отраженных лучей, повышают быст­родействие фотокамер.

Колесно-моторные блоки