Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 15
1.1 Колесно-моторный блок, как объект исследования 15
1.1.1 Обоснование выбора объекта исследования 15
1.1.2 Структура объекта исследования 16
1.1.3 Дефекты подшипниковых узлов 19
1.2 Общие положения и анализ методов и средств диагностирования КМБ электроподвижного состава 23
1.2.1 Диагностирование КМБ, как часть эксплуатационного цикла электроподвижного состава 23
1.2.2 Общие положения вибродиагностики КМБ 30
1.2.3 Обзор методов и средств вибродиагностики КМБ 32
1.3 Предпосылки разработки методики диагностирования КМБ 35
1.3.1 Выбор диагностических признаков 35
1.3.2 Обоснование применения нечеткой логики в модели принятия решения о техническом состоянии КМБ 37
1.4 Критерии оценки вибрационного состояния КМБ электроподвижного состава 42
1.5 Цель работы и задачи исследования 44
2 Разработка диагностических моделей параметров вибрации узлов КМБ электроподвижного состава 45
2.1 Постановка задач 45
2.2 Исследование влияния условий работы подшипников качения на параметры вибрации 45
2.3 Исследование зависимости амплитуды вибрации от частоты вращения и технического состояния подшипникового узла 49
2.4 Методика построения диагностической модели подшипниковых узлов КМБ электроподвижного состава 52
2.5 Модель принятия решения о техническом состоянии узлов КМБ на основе нечеткой информации 59
2.6 Выводы 63
3 Методика и результаты экспериментальных исследований 64
3.1 Постановка задач 64
3.2 Методика экспериментальных исследований 64
3.2.1 Планирование эксперимента 64
3.2.2 Проведение экспериментальных исследований 66
3.3 Экспериментальная установка для исследования параметров вибрации, возникающей в КМБ при вращении колесной пары на разных скоростных режимах 69
3.3.1 Требования к экспериментальной установке 69
3.3.2 Функциональная схема экспериментальной установки 70
3.3.3 Порядок работы экспериментальной установки 71
3.3.4 Аппаратная часть экспериментальной установки 71
3.3.5 Программная часть экспериментальной установки 73
3.3.6 Метрологические характеристики экспериментальной установки 74
3.4 Результаты экспериментальных исследований 76
3.4.1 Определение зависимости амплитуды вибрации от частоты вращения и технического состояния узлов КМБ 76
3.4.2 Определение предпочтительного режима диагностирования КМБ 78
3.4.3 Определение закона распределения, которым подчиняется распределение ДП вибрации, возникающей в КМБ при вращении колесной пары на двух скоростных режимах 79
3.4.4 Определение зависимости виброускорения узлов КМБ от частоты вращения и технического состояния 84
3.5 Выводы 87
4 Разработка методики и программно-аппаратного комплекса для диагностирования КМБ 88
4.1 Постановка задач 88
4.2 Определение достоверности диагностирования при различных методиках диагностирования 88
4.2.1 Расчет ложной тревоги и пропуска дефекта при однократном диагностировании на базовой частоте вращения колесной пары 89
4.2.2 Расчет ложной тревоги и пропуска дефекта при однократном диагностировании на повышенной частоте вращения колесной пары 90
4.2.3 Расчет верхнего и нижнего критических значений диагностического признака на базовой частоте вращения КП 92
4.2.4 Расчет ложной тревоги и пропуска дефекта при наличии зоны неопределенности 93
4.2.5 Расчет вероятности безошибочного диагностирования КМБ при наличии зоны неопределенности 97
4.3 Методика диагностирования подшипниковых узлов КМБ 98
4.4 Аппаратно-программный диагностический комплекс 101
4.4.1 Аппаратное обеспечение 101
4.4.2 Программное обеспечение 103
4.5 Выводы 104
5 Промышленное использование результатов работы105
5.1 Постановка задачи 105
5.2 Требования к системе вибродиагностики 105
5.3 Реализация разработанной методики диагностирования 108
5.4 Технология диагностирования 111
5.5 Внедрение и результаты применения системы в депо 118
5.6 Технико-экономическая эффективность 118
5.7 Выводы 122
Основные результаты и выводы 123
Список использованных источников 126
Приложение 1 Документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы 142
Приложение 2 Документы, подтверждающие новизну технических разработок 145
- Диагностирование КМБ, как часть эксплуатационного цикла электроподвижного состава
- Определение закона распределения, которым подчиняется распределение ДП вибрации, возникающей в КМБ при вращении колесной пары на двух скоростных режимах
- Методика диагностирования подшипниковых узлов КМБ
- Технология диагностирования
Введение к работе
Актуальность темы. Надежность и бесперебойность движения поездов обеспечивается поддержанием исправного состояния основных узлов и элементов подвижного состава. Одним из наиболее ответственных узлов подвижного состава, обеспечивающим выполнение поездной работы является колесно-моторный блок (далее КМБ). Повышение качества контроля технического состояния узлов колесно-моторных блоков в настоящее время является важной и актуальной задачей и требует совершенствования средств и методов контроля механической части подвижного состава.
Неотъемлемой частью обеспечения безопасности движения электроподвижного состава является применение средств технического диагностирования ответственных узлов на всех этапах эксплуатации подвижного состава. Проведение эффективной безразборной диагностики обеспечивает возможность перехода на эксплуатацию по фактическому техническому состоянию контролируемых объектов.
Актуальность диссертационной работы обусловлена тем, что в настоящее время разработка и усовершенствование вибродиагностического метода неразрушающего контроля механической части подвижного состава занимает особое место на железнодорожном транспорте в сфере качества ремонта, повышения надежности и безопасности эксплуатации.
Основная идея работы состоит в оценке технического состояния КМБ на основе анализа измеренных параметров вибрации узлов КМБ ЭПС на выбеге при двух скоростных режимах вращения колесной пары с учетом зоны неопределенности Биргера.
Степень разработанности проблемы. Разработка системы безразборной технической диагностики представляет собой сложную задачу, которая может быть решена объединенными усилиями специалистов разных областей науки и техники. К наиболее значимым работам в этой области можно отнести исследования ученых: Авилова В.Д., Балицкого Ф.Я., Баркова А.В., Барковой Н.А., Биргера И.А., Бирюкова И.В., Генкина М.Д., Гиоева З.Г., Зусмана Г.В., Иориша Ю.И., Клюева В.В., Костюкова В.Н., Крикова А.М., Лукьянова А.В., Носова В.Б., Павлова Б.В., Рагульскиса К.М., Савоськина А.Н., Соколовой А.Г., Харламов В.В., Четвергова В.А., Шантаренко С.Г., Mitchell J.S., Randall R.B., Taylor J.I., Wowk V., Xiaofeng L., Xintao X.
Решение задачи диагностирования КМБ включает в себя измерение в контрольных точках параметров вибрации, сопровождающей вращение вывешенной на домкратах колесной пары (КП). Существующие на данный момент методики диагностирования основываются на сравнении измеренных параметров вибрации с критическими значениями. По результатам сравнения судят о состоянии диагностируемых узлов. Каждое диагностирование уникально, т.к. при каждом измерении различаются условия окружающей среды, радиальные и осевые нагрузки на диагностируемые узлы, частоты вращения КП, качество смазки подшипников и редуктора, проскальзывание тел качения подшипников и т.д. Это обуславливает нечеткость информации о параметрах вибрации, следовательно, методика диагностирования КМБ нуждается в совершенствовании.
Цель работы – повышение эффективности эксплуатации, ремонта и технического обслуживания ЭПС за счет разработки системы определяющих критериев оценки вибрационного состояния КМБ ЭПС.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
-
Исследовать взаимодействия кинематических пар подшипниковых узлов, на основе которых разработать диагностические модели и правила оценки технического состоянии узлов КМБ для автоматизации процесса технической диагностики;
-
Разработать методику экспериментальных исследований и экспериментальную установку для сбора и анализа экспериментальных данных, полученных при различных режимах вращения КП, отражающих различные виды эксплуатационных характеристик КМБ, с определением закономерностей распределения параметров вибрации;
-
Разработать аналитическую модель оценки достоверности диагностирования КМБ ЭПС, расчета вероятности ложной тревоги и пропуска дефекта, с учетом закона распределения, которому подчиняются диагностические признаки вибрации;
-
Усовершенствовать методику диагностирования КМБ, обеспечивающую улучшение эксплуатационных характеристик, надежности и работоспособности ЭПС за счет повышения достоверности диагностирования;
-
Провести внедрение результатов работы на предприятиях ОАО «РЖД», оценить адекватность предложенных моделей и алгоритмов при проведении испытаний подвижного состава, эффективность применения разработанной методики в условиях ремонтных депо.
Объект исследования – электроподвижной состав.
Область исследования – критерии оценки состояния КМБ ЭПС.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Установлены закономерности изменения частот параметров вибрации узлов КМБ ЭПС от скорости вращения КП при проведении испытаний, с учетом проскальзывания тел качения, обуславливающих нечеткость информации о параметрах вибрации;
-
Предложена аналитическая модель оценки достоверности диагностирования, ложной тревоги и пропуска дефекта при наличии зоны неопределенности Биргера, в частности для полученного логнормального закона распределения, которому подчиняются параметры вибрации узлов КМБ, обеспечивающая возможность повышения эффективности эксплуатации подвижного состава, за счет предварительного задания величины вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска дефекта;
-
Предложены правила оценки технического состояния узлов КМБ ЭПС на основе нечеткой информации, использующая два скоростных режима вращения КП.
Практическая ценность диссертации заключается в:
-
Создании и внедрении системы вибродиагностики КМБ, включающей в себя программно-аппаратный комплекс и технологию его применения в технологии ремонта и технического обслуживания ЭПС;
-
Повышении эффективности эксплуатации, ремонта и технического обслуживания ЭПС, выражающейся в сокращении количества отказов на линии по причине неисправностей КМБ, в сокращении продолжительности испытаний, в сокращении трудо-, энерго- и материалоемкости ремонта;
3. Обеспечении возможности предварительного задания значения вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска дефекта в процессе диагностирования КМБ на основе предложенной модели расчета достоверности диагностирования.
Реализация работы.
Разработанная методика диагностирования КМБ ЭПС внедрена в технологический процесс технического обслуживания и ремонта КМБ в стационарной системе вибродиагностирования КОМПАКС-ЭКСПРЕСС-ТР1 в моторвагонном депо «Раменское».
Новизна результатов научной работы подтверждена патентами РФ № 2378633 «Система диагностики колесно-моторных блоков моторвагонного подвижного состава» от 10.01.10 г., № 2386563 «Система мониторинга электропоездов» от 20.04.10 г., № 2533875 «Система диагностики узлов моторвагонного подвижного состава на участках ремонта» от 24.09.2014 г., № 2547947 на «Способ диагностирования технического состояния роторных агрегатов» от 10.04.2015 г.
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на применении методов технического диагностирования, методов принятия решения на основе нечеткой логики, теории надежности, теории вероятностей. Экспериментальные исследования проведены с учетом теории планирования эксперимента. Данные натурных испытаний получены при диагностировании КМБ в моторвагонных депо Московской и Октябрьской железных дорог в 2003 – 2015 гг.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Представленная диссертация удовлетворяет п.1, п.3 и п.6 паспорта специальности 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий:
п.1. Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий.
п. 3. Разработка, внедрение и испытания приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами.
п. 6. Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля.
Основные научные результаты, выносимые на защиту:
-
Система определяющих критериев оценки вибрационного состояния КМБ ЭПС, обеспечивающая улучшение эксплуатационных характеристик, надежности и работоспособности ЭПС, за счет повышения достоверности диагностирования до 99%, при сокращении продолжительности испытаний подвижного состава до 20% с требуемой полнотой и глубиной диагностирования.
-
Установленные закономерности изменения частот параметров вибрации узлов КМБ ЭПС от скорости вращения КП при проведении испытаний, с учетом проскальзывания тел качения, обуславливающих нечеткость информации о параметрах вибрации, а также логнормальный характер распределения значений диагностических признаков;
-
Аналитическая модель оценки достоверности диагностирования, ложной тревоги и пропуска дефекта при наличии зоны неопределенности Биргера, с учетом лог-
нормального закона распределения диагностических признаков для оценки вибрационного состояния КМБ ЭПС, обеспечивающая возможность повышения эффективности эксплуатации подвижного состава, за счет предварительного задания величины вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска дефекта при диагностировании КМБ.
4. Методика диагностирования узлов КМБ ЭПС на основе нечеткой информации, заключающаяся в применении совокупности результатов, полученных при испытаниях на двух скоростных режимах с целью повышения достоверности диагностирования.
Апробация работы.
Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных научно-технических конференциях «Наука. Образование. Бизнес» (Омск, 2007, 2008, 2009, 2013, 2014); на международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2012, 2014, 2016); на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов» (Омск, 2012); на второй всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного состава» (Омск, 2013); на Всероссийской научно-технической конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике (Москва, 2014, 2017); на международной научно-технической конференции «Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства» (Омск, 2015, 2017); на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте» (Омск, 2016); на VII Всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии – в промышленность» (Омск, 2017).
Личный вклад автора.
Проведение аналитического обзора существующих научных и технических решений в области диагностирования КМБ ЭПС, создание нечетких моделей вибрационного контроля КМБ, разработка методики проведения экспериментов, представление результатов экспериментальных исследований с обработкой экспериментальных данных, проведение статистического анализа закономерностей эксплуатационных характеристик КМБ электропоездов, анализ полученных результатов, формулировка выводов и предложений, апробация результатов исследования, подготовка публикаций по выполненной работе. Основные научные положения и результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно.
Публикации.
Результаты диссертационного исследования опубликованы в 33 печатных работах, которые включают в себя 29 статей, 4 патента РФ на изобретение, в том числе на способ диагностики, 3 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста, иллюстрируется 43 рисунками и 11 таблицами, состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников из 129 наименований.
Диагностирование КМБ, как часть эксплуатационного цикла электроподвижного состава
Система технического обслуживания и ремонта подвижного состава устанавливается в целях обеспечения устойчивой работы парка поездов ОАО "РЖД", поддержания его технического состояния и повышения эксплуатационной надежности [16].
Подвижной состав является сложным техническим объектом, от исправного состояния которого зависит как выполнение поездной работы, так и безопасность процесса перевозок.
Для поддержания технического состояния и эксплуатационной надежности подвижного состава необходимо совершенствование технологической готовности производства при техническом обслуживании и ремонте посредством разработки и внедрения в локомотивных депо современных технологических процессов и специализированного нестандартного ремонтного и диагностического оборудования [17, 18].
К важнейшим направлениям инновационной деятельности в сфере пассажирских перевозок относится совершенствование комплексной системы технического обслуживания и ремонта подвижного состава по техническому состоянию на основе внедрения программно-аппаратных комплексов по безразборной диагностике и определению остаточного ресурса основных узлов и деталей [19].
Колесно-моторные блоки - должны обеспечивать в заданных пределах времени необходимый ресурс работы. Работа систем трения качения и скольжения, к которым относятся шарико- и роликоподшипниковые узлы, тяговые зубчатые передачи, коллекторно-щеточный аппарат и другие устройства привода, в значительной степени зависит от их вибрационного состояния и качества изготовления, ремонта и сборки. К важнейшим показателям технического состояния силового электрооборудования электроподвижного состава относятся параметры собственной корпусной вибрации. Под собственной корпусной вибрацией тяговых электрических машин и других механизмов понимаются колебания элементов их конструкции, вызванные собственными возбуждающими силами. Решение задач снижения собственной корпусной вибрации на этапах проектирования, изготовления, ремонта и сборки, обеспечение стабильности уровня колебаний в процессе эксплуатации невозможно без виброакустической диагностики, прогнозирования технического состояния, детального анализа процессов формирования вынуждающих сил и вибрации, учета влияния дефектов и особенностей работы тягового электрооборудования в составе поездной энергетической системы на эти процессы [20].
Для обеспечения повышения эксплуатационной готовности подвижного состава в локомотивных и моторвагонных депо активно применяют диагностические комплексы, позволяющие значительно увеличить межремонтный пробег колесно-моторных блоков. Однако, нередки случаи простоев электроподвижного состава по причине неисправностей и порч. С целью исключения подобных случаев, необходимо ввести на ремонтных предприятиях методы оптимального управления эксплуатационной надежностью подвижного состава на основе задания технических требований на обслуживание и ремонт узлов и агрегатов. Изменяя диапазон допустимых технических и технологических параметров узлов и деталей можно управлять состоянием агрегатов подвижного состава, прогнозировать отказы, межремонтный пробег, эксплуатационные затраты и другие важные показатели [20].
Решение этих задач необходимо для перехода от планово-предупредительной системы ремонтов и технических обслуживаний к организации технического обслуживания ответственного оборудования по фактическому техническому состоянию. Технической диагностикой называется наука о распознавании состояния технической системы [21]. Техническая диагностика изучает методы получения и оценки диагностической информации, диагностические модели и алгоритмы принятия решений. Целью технической диагностики является повышение надежности и ресурса технических систем. [22].
В соответствии с ГОСТ 20911-89 техническим диагностированием является определение технического состояния объекта. Задачами технического диагностирования являются: контроль технического состояния, поиск места и определение причин отказа (неисправности), прогнозирование технического состояния [23].
В настоящее время для определения технического состояния узлов колесно-моторных блоков подвижного состава наибольшее распространение получила виброакустическая диагностика [24].
Назначением виброакустической диагностики является оценка степени отклонения технического состояния механизма от нормы по косвенным признакам, а именно, по изменению свойств виброакустических процессов в механизме, зависящих от характера взаимодействия комплектующих его узлов и деталей [25].
Виброакустическая диагностика - определение внутреннего состояния машины по ее виброакустическим характеристикам - это раздел динамики машин, связанный с изучением собственных корпусных вибраций и шумов, который называется акустической динамикой машин [26, 27, 28].
Вибрация машин, возникающая при эксплуатации, обусловлена погрешностями проектирования, изготовления, ремонта и сборки, а также дискретностью структуры отдельных элементов (например, конечным числом пазов ротора, статора, тел качения в подшипниках, числом зубьев тяговых зубчатых колес и т.д.) [29]. Применение виброакустической диагностики в качестве метода определения технического состояния подшипниковых узлов колесно-моторных блоков подвижного состава требует проведения предварительных исследований законов распределения случайных величин, характеризующих изменение технического состояния агрегата подвижного состава, классификации неисправностей, разработки диагностических признаков, определяющих техническое состояние узла подвижного состава. Решение данных вопросов обеспечит повышение эксплуатационной готовности подвижного состава.
Отказ агрегата независимо от его конструктивной или функциональной сложности для обслуживающего персонала возникает внезапно, хотя подготовка этого отказа протекает иногда в течение длительного времени: изнашиваются рабочие поверхности деталей, накапливаются усталостные явления в металле, ухудшаются свойства смазочных материалов, возникают другие аналогичные процессы, являющиеся функциями условий и продолжительности эксплуатации [30].
Для роторных агрегатов и машин с вращательным движением подшипники качения имеют малую долговечность и большой ее разброс. Срок службы подшипников качения с трудом поддается прогнозированию из-за большого расхождения теоретического и фактического пределов выносливости, погрешностей суммирования усталостных повреждений, трудностей учета, условий изготовления, установки и эксплуатации.
Техническая диагностика машин представляет собой систему методов и средств, применяемых при определении технического состояния машины без её разборки. При помощи технической диагностики можно определить состояние отдельных деталей или частей машин, производить поиск неисправностей, вызвавших остановку или ненормальную работу машины.
Объектом диагностики может быть техническое устройство или его элемент. Простейшим объектом диагностики является кинематическая пара. В качестве объекта диагностики может выступать агрегат любой сложности.
Объект диагностики можно рассматривать в двух аспектах [31]:
- с точки зрения структуры;
- с точки зрения способа функционирования.
Каждый из аспектов имеет свои особенности, описываемые своей системой понятий. Структура объекта определяется предписываемыми ему функциями. При структурном подходе имеют дело с размерами и формой деталей, с зазорами в кинематических парах и другими свойствами элементов объекта, обеспечивающими его нормальную работу. Основным понятием диагностики, связанным со структурным аспектом, будет состояние объекта [32].
Свойства структуры объекта в некоторый момент времени t могут быть охарактеризованы совокупностью параметров х[,х 2,...,х п. Параметры x j - величины переменные. При изготовлении объекта они зависят от различных технологических факторов, а в период эксплуатации - от степени износа и разрушения деталей. Чтобы задать начало отсчета параметра x j , вводится понятие идеального объекта. Под идеальным объектом подразумевается воображаемая система, структура которой с абсолютной точностью соответствует проекту. В идеальном объекте отсутствуют, какие бы то ни было, нарушения и дефекты. Все реальные объекты, в той или иной степени, отличаются от идеального. Пусть xf значение параметра состояния идеального объекта. Тогда разность Xj = x j - Xj будет характеризовать отклонение / -го параметра диагностируемого объекта от параметра идеального прототипа (от номинала) [32, 33].
Определение закона распределения, которым подчиняется распределение ДП вибрации, возникающей в КМБ при вращении колесной пары на двух скоростных режимах
С целью определения эмпирического закона распределения значений ДП на основе полученных экспериментальных данных произведен расчет и построены функции и плотности распределения для эмпирического распределения, а также для распределения Вейбулла, нормального, логнормального и экспоненциального распределения [105, 106].
Случайные величины, встречающиеся в задачах надежности, могут иметь различные законы распределения вероятностей. Для непрерывных случайных величин (наработка до отказа и наработка между отказами) часто применяют нормальное, экспоненциальное, логарифмически нормальное, гаммараспределение и распределение Вейбулла.
Закон нормального распределения используется для описания постепенных отказов, когда распределение времени безотказной работы вначале имеет низкую плотность, затем максимальную и далее плотность снижается, т. е. нормальным распределением описывают наработки на отказ элементов и систем вследствие их износа и старения.
Экспоненциальным распределением можно описывать время безотказной работы различных изделий: сложных технических систем, эксплуатируемых в период приработки и до появления постепенных отказов; с большим числом последовательно соединенных элементов, если каждый из элементов в отдельности не оказывает влияния на отказы других элементов системы.
Логарифмически нормальное распределение в теории надежности используется для описания наработки до отказа и наработки на отказ деталей и узлов в период наступления усталости материала, отказов вследствие изнашивания, отказов подшипников качения и наработки между отказами сложных технических систем, а также процессов восстановления.
Распределение Вейбулла (иногда его называют распределением Вейбулла-Гнеденко) наиболее сложное. Оно широко используется при определении надежности механических систем по результатам эксплуатации или испытаний. Применяется при описании усталостной прочности стали, а значит, может быть употреблено и для описания изнашивания вследствие многоцикловой фрикционной усталости поверхностных слоев деталей машин. Данное распределение является двухпараметрическим универсальным, так как при изменении параметров оно в пределе может описывать процессы нормального, логарифмически нормального, экспоненциального и других распределений [105].
Для виброускорения подшипника буксы со стороны редуктора при частоте вращения КП 240 об/мин для эмпирического и теоретических распределений приведены функции распределения (Рисунок 3.9) и плотности распределения (Рисунок 3.10).
В таблице 3.3 приведены коэффициенты корреляции эмпирической функции распределения диагностических признаков Ae, Ve, Se для частоты вращения 240 об/мин с функциями нормального, логнормального, экспоненциального распределения и распределения Вейбулла.
Как видно из таблицы 3.2, значения коэффициента корреляции для функций распределения диагностических признаков Ae, Ve, Se максимальные для распределения Вейбулла и логнормального распределения, что говорит об их близости к эмпирическому распределению.
Как видно из таблицы 3.3, значения критерия согласия для функций распределения диагностических признаков Ae, Ve, Se ниже критической точки распределения для логнормального распределения, что говорит о его близости к эмпирическому распределению.
На основе полученных экспериментальных данных установлено, что эмпирическое распределение диагностических признаков вибрации КМБ электроподвижного состава подчиняется логнормальному закону распределения [108].
Методика диагностирования подшипниковых узлов КМБ
Увеличение зоны неопределенности при проведении испытаний на базовой частоте вращения снижает вероятность пропуска дефекта, не выпуская в эксплуатацию подвижной состав с неисправными узлами, предотвращая возникновение аварий. Также, увеличение зоны неопределенности снижает вероятность ложной тревоги, тем самым не допуская проведение дополнительных работ для узлов, не требующих ремонта, снижая затраты на эксплуатацию и предотвращая возможное ухудшение технического состояния диагностируемого узла. При этом увеличивается и количество КМБ, требующих дополнительных испытаний. Алгоритм диагностирования, в соответствии с методикой, состоит из двух этапов – обучение и проведение испытаний. Алгоритм обучения приведен на рисунке 4.7, алгоритм проведения испытаний приведен на рисунке 4.8 [120, 121].
На этапе обучения определяют параметры распределения диагностических признаков (ДП) для исправных и неисправных узлов, полученных предварительно на этапе опытной эксплуатации системы для базовой и повышенной частот вращения колесной пары.
Задают требуемую величину вероятности ложной тревоги и величину вероятности пропуска дефекта. На основе предложенной модели расчета вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска дефекта [120, 121] определяют верхнюю и нижнюю границу зоны неопределенности для каждого ДП на базовой частоте вращения колесной пары. Для повышенной частоты вращения критическое значение ДП определяют на основе полученных параметров распределения по методу минимакса, при котором вероятность ложной тревоги равна вероятности пропуска дефекта [21].
Процесс проведения испытаний включает в себя следующие этапы:
1. Выбор объекта диагностирования с соответствующими критическими значениями ДП.
2. Вывешивание КП, диагностируемого КМБ.
3. Установка датчиков на контрольные точки.
4. Запуск ТЭД до базовой частоты вращения. Отключение питания ТЭД при превышении базовой частоты вращения.
5. Измерение ДП для каждой точки измерения.
6. Сравнение полученных значений ДП с соответствующими верхними и нижними критическими значениями.
7. В случае если значения всех ДП не превышают соответствующие нижние критические значения, то формируется протокол испытаний с выдачей сообщения о допуске данного КМБ в эксплуатацию. Испытания завершаются.
8. В случае если имеется узел, значение ДП которого превышает верхнее критическое значение, то формируется протокол испытаний с выдачей сообщения о допуске диагностируемого КМБ в эксплуатацию только после устранения неисправности данного узла. Испытания завершаются.
9. В случае если для всех узлов значения ДП не превышают верхнее критическое значение и имеются один или несколько узлов, значение ДП для которых превышает нижнее критическое значение, то проводится дополнительное диагностирование на повышенной частоте вращения.
10. Запуск ТЭД до повышенной частоты вращения. Отключение питания ТЭД при превышении повышенной частоты вращения.
11. Измерение ДП для каждой точки измерения.
12. Сравнение полученных значений ДП с соответствующими критическими значениями.
13. В случае если все значения ДП не превышают критического значения, то формируется протокол испытаний с выдачей сообщения о допуске данного КМБ в эксплуатацию. Испытания завершаются.
14. В случае если имеется узел, значение ДП которого превышает критическое значение, то формируется протокол испытаний с выдачей сообщения о допуске диагностируемого КМБ в эксплуатацию только после устранения неисправности данного узла. Испытания завершаются
Технология диагностирования
С целью повышения технологичности и достоверности диагностирования при минимальных затратах на проведение испытаний разработана технология диагностирования колесно-моторных блоков электропоездов на основе разработанной методики [121]. Данная технология предусматривает порядок работы оператора системы диагностирования в процессе испытаний.
Технология диагностирования включает подготовительные работы, основной этап диагностирования и заключительные работы [126].
Подготовительные работы включают следующие технологические операции:
Открыть подвагонные ящики с силовым контроллером, тормозным переключателем (тормозным контроллером), линейными контакторами. Произвести осмотр подвагонных ящиков, убедиться в отсутствии видимых повреждений и неисправностей контакторов силовых цепей.
Установить предупреждающие знаки с обеих сторон диагностируемой секции на расстоянии 0,5 м, опустить сигнальные флажки или повесить запрещающие плакаты: «Стой! Высокое напряжение!», «Испытания! Опасно для жизни!» с торцов секции, у входных дверей вагона, к месту подключения кабелей-силовых. Убедиться в отсутствии людей на крыше, внизу и внутри секции.
Произвести включение диагностической станции.
Выпустить воздух из резервуаров пневматической тормозной сети секции. Убедиться, что тормозные колодки отжаты от бандажей колесной пары, при необходимости отжать.
Разместить кронштейн с кабелем выносного блока на тормозной траверсе, выносной блок разместить на кронштейне (рисунок 5.3).
Произвести вывешивание колесно-моторного блока, используя домкраты (рисунок 5.4).
Подключить выносной блок кабелем к разъему ближайшей коробки ответвительной, убедиться, что зажглись индикаторы «Link» и «Act».
Собрать схему для запуска тягового электродвигателя.
Установить тормозной переключатель (тормозной контроллер) в тяговое положение:
- для электропоездов ЭД9 замкнуты контакты ТК-10, ТК-12;
- для электропоездов ЭР9Т замкнуты контакты ТП-4, ТП-5;
- для электропоездов ЭД4, ЭТ2, ЭД2 замкнуты контакты ТП-2, ТП-6. Установить реверсивный переключатель в одно из рабочих положений (Вперед, Назад).
Подсоединить двухпроводный кабель-силовой к цепи тяговых двигателей той тележки, колесно-моторный блок которой вывешен. М1, М2 - тяговые двигатели первой тележки, М3, М4 – тяговые двигатели второй тележки.
Основной этап диагностирования включает следующие технологические операции:
Ввести данные по диагностируемому колесно-моторному блоку в программное обеспечение: наименование электропоезда, серия электропоезда, порядковый номер колесно-моторного блока, номер моторного вагона, фамилию оператора и вид ремонта.
Убедиться, что двери шкафа управления закрыты. Включить шкаф управления.
Убедиться, что шкаф управления получил питание по свечению индикатора СЕТЬ.
Убедиться, что вблизи с диагностируемым вагоном никого нет, после чего оповестить персонал депо находящийся в цеху о проведении испытаний.
В экране МОНИТОР нажать на кнопку «ПУСК», после появления диалога: «Включить блок питания ТЭД?», нажать клавишу ENTER.
Система автоматически произведет плавный разгон колесно-моторного блока до заданной частоты вращения. После выхода на заданную частоту вращения Система отключит блок управления приводом. Процесс диагностирования сопровождается изменением строки прогресса ((14) рисунок 4.10) в правой части экрана МОНИТОР.
В случае наличия узлов в состоянии ТПМ Система автоматически произведет дополнительное диагностирование на повышенной частоте вращения.
В процессе работы колесно-моторных блоков особое внимание обращать на направление вращения колесных пар, оно должно быть однонаправлено для всех колесно-моторных блоков в пределе одного моторного вагона и соответствовать рабочему положению реверсивного переключателя.
По окончанию испытания Система предлагает сохранить и распечатать протокол испытаний.
Заключительные работы включают следующие технологические операции:
После завершения диагностирования и остановки КМБ выключить шкаф управления.
Убедиться, что напряжение с двигателя снято. Разобрать схему подключения Системы в обратном порядке.
Снять датчики, протереть их ветошью и упаковать в кожух выносного блока. При необходимости отключить кабель от выносного блока и от коробки ответвительной.
Опустить домкраты.
Убрать предупреждающие знаки и плакаты.
Выйти из программы.
Результат диагностирования отображается на экране в окне сообщений в виде предписаний эксплуатирующему персоналу направленных на устранение выявленных неисправностей, кроме того автоматически формируется и выводится на печать акт технической готовности колесно-моторного блока. В акте отображаются выявленные неисправности с количественными характеристиками основных диагностических признаков. Внешний вид акта приведен на рисунке 5.8.
Процесс диагностирования при испытаниях КМБ без учета подготовительных и заключительных операций на базовой частоте вращения занимает около 2 минут, при проведении дополнительного испытания на повышенной частоте вращения – около 5 минут.
Разработанная технология диагностирования обеспечивает повышение достоверности диагностирования, при сокращении времени испытаний, соответственно уменьшая трудо- и энергозатраты, тем самым повышая пропускную способность системы вибродиагностики.