Содержание к диссертации
Введение
1 Теоретические и практические аспекты диагностирования колесно-моторных блоков 13
1.1 Анализ задач, параметров и методов диагностирования подшипников качения 13
1.2 Анализ и сравнение основных методов вибродиагностики подшипников .
1.3 Обобщенная модель неисправности и алгоритмы поиска 36
1.4 Модели принятия диагностических решений 45
1.5 Описание сигналов в вибродиагностике 53
2 Измерение вибрации и анализ элементов вибродиагностического комплекса 74
2.1 Вибрация. Основные понятия 74
2.2 Измерение вибрации 76
2.3 Основные функции диагностической аппаратуры 83
2.4 Обобщенная схема и необходимые элементы комплекса 84
2.5 Требования к оборудованию 86
2.6 Измерительные преобразователи 89
2.7 Выбор вибродатчиков и их экспериментальные исследования 97
3 Идентификация дефектов по характерным признакам спектров и алгоритм проведения вибродиагностики 101
3.1 Классификация дефектов и диагностические признаки их появления в подшипниках качения 101
3.2 Определение спектральных составляющих и порогов для диагностических признаков дефектов буксовых и редукторных узлов локомотивов ВЛ-10, ВЛ-80, ЧС-2, ТЭМ-2 117
3.3 Принципы построения программного обеспечения и алгоритм проведения диагностирования комплексом вибродиагностики 127
4 Особенности технологии ремонта локомотивов с использованием средств технической диагностики 134
4.1 Обеспечение неразрывности технологии диагностирования 135
4.2 Выбор мест установки датчиков и способов их крепления 137
4.3 Обеспечение электроизоляции датчика вибрации от объекта диагностирования 142
4.4 Обеспечение минимально возможного времени диагностирования 144
4.5 Обеспечение минимально необходимой частоты вращения диагностируемого узла 148
4.6 Обеспечение стабильности частоты вращения в заданных пределах 150
4.7 Обеспечение горизонтальности вывешивания колесной пары 151
4.8 Обеспечение максимально возможной достоверности диагностирования . 152
5 Нормативно-методическое обеспечение и перспективы развития программно-аппаратных средств вибродиагностики подвижного состава 155
5.1 Методика оценки достоверности работы средств технической диагностики подвижного состава 155
5.2 Информационная система диагностики второго уровня и система контроля за средствами диагностики 162
5.3 Совершенствование программно-аппаратных средств вибродиагностики и технологии их применения 173
Заключение 180
Библиографический список 182
- Анализ и сравнение основных методов вибродиагностики подшипников
- Измерение вибрации
- Определение спектральных составляющих и порогов для диагностических признаков дефектов буксовых и редукторных узлов локомотивов ВЛ-10, ВЛ-80, ЧС-2, ТЭМ-2
- Выбор мест установки датчиков и способов их крепления
Введение к работе
Магистральные железные дороги России, объединяемые ОАО Российские железные дороги - одна из крупнейших транспортных систем. При протяженности около 7 % длины всех железных дорог мира они выполняют треть мирового грузооборота и около 15 % пассажирооборота.
Железнодорожный транспорт остается наиболее доступным видом транспорта, что определяет тенденцию увеличения его доли в перевозках грузов всеми видами транспорта общего пользования России.
Железнодорожную транспортную систему России образуют более 86 тыс. км магистральных линий и обращающийся на них подвижной состав.
Локомотивный парк стареет. На сегодняшний день в парке находятся выработавших ресурс: 23 % электровозов, 28 % магистральных и 18 % маневровых тепловозов, 33 % электропоездов и 61 % дизель-поездов. Эксплуатируемый парк сокращается. Практически не производится поставка нового тягового подвижного состава [1]. Результаты анализа отказов тяговых двигателей показывают, что моторно-якорные подшипники (МЯП) являются ответственными узлами, за которыми требуется периодическое наблюдение с целью оценки их технического состояния. На МЯП приходится около 15 % отказов по тяговым двигателям.
По результатам анализа отчетов групп диагностики, на Западно-Сибирской дороге соотношение между дефектными узлами колесно-моторных блоков (КМБ) по отдельным депо и в целом по дороге носит общий характер, а именно более половины дефектных узлов приходится на моторно-якорные подшипники. Примерно третью часть составляют дефектные подшипники букс. Десятую часть составляют дефекты редукторных узлов.
На Свердловском филиале ОАО РЖД (локомотивное депо Тюмень ТЧ-7, тепловозы 2ТЭ116) распределение дефектных узлов другое: доля неисправных редукторов в два раза больше.
По Восточно-Сибирской ж.д. - локомотивное депо Вихоревка (ТЧ-9) (данные объединенного парка ВЛ85, ВЛ80, ВЛ60, ТЭМ, ЭР9П) доля неисправных редукторных узлов составляет более 40 %. По сравнению с данными объединенного парка Западно-Сибирской ж.д. доля неисправностей редукторных узлом в 4 раза больше, а доля неисправных буксовых подшипников в два раза меньше. Для того чтобы подтвердить предварительный вывод о том, что такое распределение дефектов является следствием различных профилей пути и соответствующих им режимов ведения поездов, требуются дополнительные исследования.
В работе эксплуатационных и ремонтных служб используются три различные системы обслуживания оборудования и, соответственно, три системы планирования ремонтов.
1. Работа до отказа. Это система "бесплановых" ремонтов. В условиях рынка такая система обслуживания оборудования является нежизнеспособной, т. к. являлся наиболее затратной.
2. Система планово-предупредительных ремонтов (ППР). В рамках этой системы подразумевается проведение профилактических ремонтов через определенные интервалы времени. Основной недостаток системы ППР заключается в том, что ремонты оборудования планируются вне зависимости от его фактического технического состояния. В результате увеличивается общая стоимость ремонтных работ за счет проведения необоснованных ремонтов, но и это, в конечном итоге, не снижает общей аварийности работы оборудования.
3. Обслуживание и ремонт оборудования по фактическому техническому состоянию. Это наиболее прогрессивная система обслуживания. Основной принцип системы - обслуживание и ремонт оборудования выполняются только в то время и только в том объеме, в котором они действительно необходимы, исходя из текущего технического состояния оборудования. Эта система позволяет свести браки в поездной работе до минимума.
Для поддержания работоспособности стареющего подвижного состава на ближайшие годы намечена его модернизация и совершенствование системы ремонта.
Действующая в локомотивном хозяйстве система планово-предупредительного ремонта создавалась и совершенствовалась на основе научных разработок с проверкой выбранных решений на практике. Система позволяла обеспечивать на приемлемом уровне надежность тягового подвижного состава (ТПС) и безопасность движения.
Сегодня техническое состояние парка подвижного состава сети железных дорог, который в значительной степени выработал срок службы, характеризуется различием величин остаточного ресурса разных узлов одной тяговой единицы. Это обусловлено применением агрегатного метода ремонта, при котором на локомотивы с различным сроком службы устанавливаются отдельные новые или капитально отремонтированные узлы. При этом за время эксплуатации возрастной состав узлов локомотива изменяется и может к очередному крупному ремонту иметь большой разброс.
Постановка же тяговой единицы на ремонт по среднестатистическим данным приводит к нерациональным затратам. Именно поэтому силы научных и внедренческих организаций ОАО РЖД направлены на создание стройной автоматизированной системы планово-предупредительного ремонта (АСППР), основанной на комплексном применении контрольных и диагностических устройств для каждого узла конкретного локомотива. Эти устройства должны оценивать текущее состояние узлов и выдавать рекомендации ремонтному персоналу.
При практическом внедрении системы обслуживания по техническому состоянию на первый план выходят вопросы диагностики состояния оборудования, прогнозирования сроков проведения ремонтов и оценки качества выполненных ремонтов.
Важной проблемой является определение тех критериев, которые могут адекватно отражать техническое состояние машины. В то же время способы получения исходной информации для анализа состояния оборудования должны быть достаточно простыми и доступными. Наиболее доступными для измерений являются такие параметры как температура, давление масла, уровень механических колебаний и т.д. Наиболее универсальными с точки зрения механики параметрами для определения технического состояния оборудования являются механические колебания или вибрация. При проведении измерений и их анализе необходимо иметь нормативную базу для оценки состояния машины. Это один из важных методических вопросов.
Существует немало методов и приборов измерения уровня вибрации, что является важным фактором для создания систем оперативной оценки состояния оборудования. Эти приборы могут быть представлены широким спектром: от простейших переносных виброметров, измеряющих среднеквадратичное значение виброскорости, и более сложных и информативных спектроанализаторов, производящих измерения вибрации в заданных частотных диапазонах и позволяющих проводить более детальный анализ состояния машины, до систем стационарного мониторинга, позволяющих непрерывно отслеживать состояние агрегатов, своевременно сигнализировать об опасных состояниях и выявлять возникающие дефекты на ранней стадии.
Учитывая вышесказанное, в основу систем обслуживания по техническому состоянию могут быть положены принципы измерения и анализа вибрации агрегатов.
Анализ параметров вибрации машины позволяет "безразборно", определять техническое состояние оборудования. При проведении регулярных измерений вибрации может быть выявлено появление новых неисправностей и прослежено их развитие. А также может быть спрогнозировано время достижения опасною уровня вибрации, т.е. тот момент, когда необходимо проводить ре монтные мероприятия или техническое обслуживание, следовательно, можно заранее планировать дату проведения и объем ремонта.
Таким образом, цель работы заключается в повышении эффективности эксплуатации локомотивов, снижении затрат на их обслуживание и ремонт, улучшении показателей безопасности движения за счет внедрения безразборной технологии вибродиагностирования колесно-моторных блоков.
Поставленная цель требует решения следующих вопросов:
- выбор основного метода диагностирования роторного механического оборудования узлов подвижного состава на основе анализа задач, параметров и методов диагностирования;
- анализ и выбор элементов диагностического комплекса;
- рассмотрение возможных описаний сигналов в вибродиагностическом комплексе;
- разработка классификации дефектов подшипников качения и определение характерных признаков спектров для идентификации неисправностей;
- разработка алгоритмов диагностирования применительно к технологии ремонта подвижного состава;
- разработка технологии использования средств технического диагностирования (СТД) в процессе производства различного вида ремонтов;
- разработка методики оценки достоверности работы средств технической диагностики подвижного состава.
Актуальность работы и решения поставленных в ней задач вытекает из объективной необходимости повышения требований к обеспечению необходимого уровня безопасности движения и снижения затрат на ремонт и эксплуатацию подвижного состава путем разработки и внедрения современных средств технической диагностики колесно-моторных блоков (КМБ) локомотивов при переходе от планово-предупредительной системы ремонта на технологию ремонта по фактическому состоянию.
Цель работы заключается в разработке аппаратной и программной части цифровой системы вибродиагностики КМБ локомотивов, алгоритмов диагностирования, а также создания технологий диагностирования.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:
- проанализированы теоретические и практические аспекты диагностирования подшипниковых и редукторных узлов подвижного состава;
- обоснован выбор основных элементов вибродиагностической системы и проведено всестороннее их исследование;
- определены характерные признаки неисправностей и их сочетания для диагностируемых элементов КМБ во временной и частотной областях вибросигнала;
- разработан алгоритм проведения вибродиагностики КМБ; -разработана технология использования вибродиагностического оборудования с учетом особенностей технологии ремонта при проведении вибродиагностики;
- разработано нормативно-методическое обеспечение и определены перспективы развития программно-аппаратных средств вибродиагностики подвижного состава.
Методы исследований. В основе исследований лежит комплексный системный подход к решению проблем вибродиагностики КМБ в деповских условиях. Теоретическая часть работы базируется на классических теориях колебаний, анализа случайных процессов и временных рядов, теории спектрального представления сигналов, численных методов решения дифференциальных уравнений, передачи и преобразования сигналов динамическими системами, математической статистики.
Научная новизна работы состоит в следующем.
1. Выполненные в диссертации исследования позволили обосновать вибродиагностические измерения и спектральный анализ, как наиболее эффектив ные методы диагностирования подшипниковых и редукторних узлов КМБ локомотивов.
2. На основе проведенных исследований выявлены наиболее информативные сочетания признаков для основных неисправностей подшипников качения и зубчатых передач КМБ.
3. Разработаны новые алгоритмы проведения диагностирования для программно-аппаратного комплекса, обеспечивающие повышение достоверности и сокращение времени диагностирования.
4. Предложена новая методика оценки достоверности работы средств технической диагностики, дающая повышение достоверности диагноза.
Практическая значимость работы вытекает из важности сформулированных проблем и связана с такими экономическими и социальными факторами, как снижение затрат на эксплуатацию и ремонт, повышение безопасности функционирования тягового подвижного состава. Обеспечение безаварийной и бесперебойной работы железнодорожного транспорта, особенно в период его структурного реформирования, является основой экономического роста России.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
1. На основе теоретических исследований разработан и внедрен на сети дорог программно-аппаратный комплекс оперативной вибродиагностики ко-лесно-моторных блоков локомотивов «Прогноз-1».
2. По результатам экспериментальных исследований разработаны технические требования к датчику виброускорения и магнитному креплению. В соответствии с этими требованиями организован серийный выпуск таких датчиков, вошедших в Государственный реестр средств измерений.
3. Разработаны и внедрены технологии проведения вибродиагностики КМБ локомотивов в условиях депо.
4. Разработаны и реализованы алгоритмы оперативной вибродиагностики.
5. Внедрено на сети железных дорог России, Казахстана, Украины, Литвы 238 комплексов вибродиагностики, в том числе на Западно-Сибирской желез ной дороге - 46, с подтвержденным годовым экономическим эффектом 2 млн. 416 тыс. руб.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается многолетней практикой сотрудничества и взаимодействия с железнодорожными предприятиями всей сети железных дорог, особенно с Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской, Московской дорогами, а также результатами внедренных работ на сети дорог России, Казахстана и Украины.
Достоверность результатов исследований подтверждается статистическими данными и специально поставленными экспериментами. По данным отчета ВНИКТИ среднесетевой показатель достоверности определения дефектов подшипников комплексом вибродиагностики «Прогноз-1» составляет 80 %. По результатам специального эксперимента поставленного по заданию ЦТ в локомотивном депо Московка ЗСЖД показатель достоверности составляет 87,5 %.
Внедрение результатов работы. Результаты научной работы используются в технологических процессах ремонта при диагностировании КМБ в 123 депо на всех дорогах России и на ЛВРЗ г. Улан-Удэ, 11-ти локомотивных депо Казахстана, 5-ти локомотивных депо Украины.
Апробация работы.
Результаты исследований опубликованы в 33 печатных работах, получено 2 патента на изобретения. Были сделаны доклады на 16 научных конференциях, в том числе на 6-ти международных, а также на 2-х сетевых школах.
Основные результаты работы доложены, обсуждены и одобрены:
- на сетевом совещании по основным направлениям развития системы неразрушающего контроля на ж.д. транспорте (Екатеринбург, 2000 г.);
- на научно-техническом семинаре по современным проблемам и практике виброакустического проектирования и вибродиагностического оборудования (Екатеринбург, 2002 г.);
- на пятой международной научной конференции центральной и восточной Европы по проектированию, изготовлению эксплуатации и ремонту железнодорожных колесных пар (Польша, Катовице, 2002 г.);
- на международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию ОмГТУ по динамике систем, механизмов и машин (Омск, 2002 г.),
- на 11-й международной конференции «Наука, образование и общество» (Словакия, Жилина, 2003 г.),
- на 13-й и 14-й международных научно-технических конференциях «Проблемы развития рельсового транспорта» (Украина, Ялта, 2003 г., 2004 г.).
Анализ и сравнение основных методов вибродиагностики подшипников
Для оценки технического состояния и диагностики дефектов подшипников качения разработано достаточно много различных методов. Естественно, что все они, по своим теоретическим предпосылкам, имеют разную трудоемкость, достоверность, требуют различного приборного и программного обеспечения и могут применяться для различных целей.
Рассмотрим и сравним основные из этих методов, чаще всего применяемых в практике, по возможности оценивая их практическую эффективность. В общем случае оценка технического состояния и поиск дефектов подшипников качения на основе анализа вибросигнала может производиться следующими методами [107]. 1. По среднеквадратичному значению (СКЗ) виброскорости. Данный метод позволяет выявлять дефекты подшипников на самых последних стадиях их развития, когда общий уровень вибрации значительно вырастет. Метод требует минимальных технических затрат и не требует специально обученного персонала. 2. По спектру вибросигнала. Этот метод применяется на практике достаточно часто, т. к. позволяет выявлять, наряду с диагностикой подшипников, большое количество других дефектов оборудования. Метод позволяет выявлять дефекты подшипников, когда энергия резонансных колебаний вырастет настолько, что будет заметна в общей картине частотного распределения всей мощности вибросигнала. Для реализации данного метода необходим широкополосный спектроанализатор с хорошей разрешающей способностью и подготовленный персонал. 3. По соотношению пик / фон вибросигнала. Этот метод разрабатывался несколькими фирмами и имеет много различных, примерно одинаковых по эффективности, практических модификаций, таких как: - HFD ( High Freguency Detection - метод обнаружения высокочастотного сигнала); - SPM ( Shock Pulse Measurement - метод измерения ударных импульсов); - SE ( Spike Energy - метод измерения энергии импульса ). Лучшие разновидности данного метода позволяет выявлять дефекты подшипников качения на достаточно ранних стадиях. Диагностические приборы, реализующие данный метод достаточно просты и дешевы. 4. По спектру огибающей сигнала. Данный метод позволяет выявлять де Ш фекты подшипников на самых ранних стадиях.
Теоретически данный метод диагностики дефектов подшипников качения может базироваться и на анализе акустических сигналов, и на анализе вибросигналов: - SEE ( Spectral Energy Emitted - анализ излучаемой спектральной энер гии) - использует специальный датчик акустической эмиссии. Далее от фильтрованный сигнал подается на анализатор спектра; - диагностика по спектру огибающей вибросигнала. Этот метод, разрабо танный и запатентованный в России, в настоящее время считается уже классическим методом для анализа вибросигналов с подшипниками качения.
Все выше перечисленные методы различаются и теоретическими предпосылками, и типом используемого оборудования, его стоимостью, необходимой подготовкой персонала и конечно своей эффективностью. Чем на более ранней стадии и более достоверно необходимо обнаруживать дефекты подшипников, тем дороже это стоит.
Самым эффективным методом обнаружения дефектов на ранних стадиях являются методы диагностики по спектрам огибающих. Поэтому наиболее предпочтительным является использование в практике этого метода диагностики дефектов подшипника, т. к. он менее остальных подвержен различным помехам и в результате имеет большую достоверность.
Необходимо учитывать тот факт, что диагностика состояния подшипников является только частью общего диагноза по оборудованию. Полный анализ 4 состояния оборудования обычно проводится по спектрам вибросигналов, поэтому при выборе метода диагностики подшипников качения предпочтение следует отдавать диагностике по спектрам огибающей, что делает этот метод практически универсальным. При таком подходе полный набор технических средств для диагностики состояния оборудования будет минимальным по объему и стоимости.
Задачи технической диагностики реальных объектов трудно формализуются по следующим причинам.
1. При диагностировании технической системы на последнюю влияет слишком много внешних факторов, которые трудно учитываются. Особенно сильно влияние этих факторов для железнодорожного транспорта, так как техника работает в сложных климатических условиях, с большой зависимостью от состояния пути, от характеристик поезда, действий локомотивных бригад и т.д. В технической кибернетике такие задачи называются открытыми вследствие неопределенности исходных данных.
2. Формально задача диагностики относится к классу задач сравнения. Предположим, диагностической системой (комплексом) контролируется некоторый параметр Z(S), где S - внутреннее состояние объекта, Z(S) - его отображение с помощью системы датчиков. В общем случае S представляет собой конечное множество состояний, a Z(S) - многомерная функция. В простейшем варианте диагностирование осуществляется по единственному параметру; тогда функцию Z(S) можно представить в форме, приведенной на рисунке 1.4.
Измерение вибрации
В англоязычных странах вибросмегцение обычно измеряют в миллидюй-мах (1/1000 дюйма; 1 дюйм = 2,54 см), и по традиции применяют значение "peako-peak" (размах). В европейских странах принята международная система единиц и вибросмещение измеряют в микрометрах (мкм).
Виброскорость обычно измеряют в м/с или в мм/с, в англоязычных странах - дюйм/с (ips). При измерении виброскорости используются как СКЗ, так и пиковое значения. В некоторых странах, например, в США, в силу давней традиции, пиковое значение является более употребительным.
Виброускорение обычно измеряют в единицах g СКЗ (g - ускорение свободно падающего тела). В действительности g не является системной единицей яр - это просто то ускорение, которое мы испытываем, находясь на Земле. Стан 77 дартными единицами измерения ускорения являются м/с , а в англоязычных странах - дюйм/с" lg=9,81 м/с .
Процесс преобразования смещения в скорость или скорости в ускорение эквивалентен математической операции дифференцирования. Обратное преобразование ускорения в скорость и скорости в смещение называется интегрированием. Сегодня можно проводить эти операции внутри самих измерительных приборов и легко переходить от параметров измерения к другим.
На практике, однако, дифференцирование приводит к росту шумовой составляющей сигнала, и поэтому оно редко применяется. Интегрирование, напротив, может быть осуществлено с высокой точностью с помощью простых электрических цепей. Это является одной из причин, почему акселерометры сегодня стали основными датчиками вибрации: их выходной сигнал можно легко подвергнуть однократному или двукратному интегрированию и получить либо скорость, либо смещение. Интегрирование, однако, непригодно для сигналов с очень низкой частотой (ниже 1 Гц), так как в этой области уровни паразитного шума чрезвычайно увеличиваются и точность интегрирования падает. Большинство имеющихся на рынке интеграторов правильно работают на частотах выше 1 Гц, что достаточно почти для всех приложений, связанных с вибрациями. Как отмечалось выше, вибрационный сигнал смещения на определенной частоте может быть преобразован в скорость посредством дифференцирования. Дифференцирование сопровождается умножением амплитуды на частоту, поэтому амплитуда виброскорости на определенной частоте пропорциональна смещению, умноженному на эту частоту. При фиксированном смещении, скорость будет удваиваться с удвоением частоты, а если частота увеличится в десять раз, то и скорость умножится на десять.
График смещения а) очень трудно анализировать на высоких частотах, зато высокие частоты хорошо видны на графике ускорения в). Кривая скорости б) наиболее равномерна по частоте среди этих трех. Это типично для большинства роторных машин, однако в некоторых ситуациях самыми равномерными являются кривые смещения или ускорения. Лучше всего выбирать такие единицы измерения, для которых частотная кривая выглядит наиболее плоской: тем самым обеспечивается максимум визуальной информации для наблюдателя.
Диагностика - это, в основном, поиск слабых компонент сигнала на фоне сильных. Различаются слабые и сильные компоненты обычно по частоте. По мощности эти компоненты могут различаться в 106 раз, поэтому измеряют не их мощность, а амплитуду, и различие между слабыми и сильными компонентами снижается до величин, порядка 103 раз. Но слабую компоненту необходимо не только обнаружить, но и определить ее свойства. Поэтому анализатор сигнала должен без каких-либо переключений обеспечивать динамический диапазон анализа порядка 104 раз. Диагностируемые узлы могут иметь, например, из-за разной частоты вращения, разную максимальную амплитуду вибрации, отличающуюся до 100 раз. Отсюда следует, что диагностическое устройство, с помощью которого, без смены датчика предполагается определять как зарождающиеся так и развитые дефекты, должен иметь динамический диапазон измерений порядка 106 раз.
При использовании линейной амплитудной шкалы очень легко выявить и оценить наивысшую компоненту в спектре, зато меньшие компоненты можно совершенно упустить или, в лучшем случае, возникнут большие трудности при оценке их величины. Человеческий глаз способен различить в спектре компоненты, которые приблизительно в 50 раз ниже максимальной, но все, что меньше этого, будет упущено.
Линейный масштаб, может применяться, если все существенные компоненты имеют примерно одинаковую высоту. Однако в случае вибрации машин, зарождающиеся неисправности в таких деталях, как, подшипники, порождают сигналы с очень малой амплитудой. Если требуется надежно отслеживать развитие этих спектральных компонент, то лучше всего откладывать на графике логарифм амплитуды, а не ее саму. При таком подходе легко можно изобразить на графике и визуально интерпретировать сигналы, отличающиеся по амплитуде в 5000 раз, т.е. иметь динамический диапазон по меньшей мере в 100 раз больший, чем позволяет линейный масштаб. Различные типы амплитудного представления для одной и той же вибрационной характеристики (линейный и логарифмический масштабы амплитуды) представлены на рисунке 2.2.
На линейном спектре линейная амплитудная шкала и большие пики читаются очень хорошо, но пики с низким уровнем трудно разглядеть. При анализе вибрации машин чаще всего требуется различать именно малые компоненты спектра (например, при диагностике подшипников качения). А при мониторинге вибрации представляет интерес рост уровней конкретных спектральных компонент, указывающий на развитие зародившейся неисправности. В шариковом подшипнике двигателя может развиваться небольшой дефект на одном из колец или на шарике, а уровень вибрации на соответствующей частоте поначалу будет очень маленьким. Но это не означает, что им можно пренебречь, ибо преимущество обслуживания по состоянию в том и заключается, что оно позволяет обнаружить неисправность в начальной стадии развития. Необходимо следить за уровнем этого небольшого дефекта, чтобы предсказать, когда он превратится в существенную проблему, требующую вмешательства.
Определение спектральных составляющих и порогов для диагностических признаков дефектов буксовых и редукторных узлов локомотивов ВЛ-10, ВЛ-80, ЧС-2, ТЭМ-2
В результате проведения экспериментальных работ на конкретных типах локомотивов (ВЛ-10. ВЛ-80, ЧС-2, ТЭМ-2) были получены численные значения диагностических признаков дефектов узлов КМБ. По результатам разборок узлов КМБ и обработки статистического материала (баз данных) из локомотивных депо Западно-Сибирской ж.д. - Московка (ТЧ-1), Барабинск (ТЧ-3), Северной дороги - Вологда (ТЧ-11), Красноярской дороги - Ачинск (ТЧ-5) численные значения диагностических признаков дефектов были оптимизированы, что привело к повышению достоверности диагностирования на 7-11 %.
Ниже (рис. 3.7-3.12) приведены данные по спектральным составляющим диагностических признаков различных дефектов буксового узла локомотива ВЛ-10 для частот вращения оси колесной пары, лежащих в пределах 3,2-4,2 Гц (рекомендуемое значение частоты вращения при прокрутке КМБ).
Кроме диагностических признаков дефектов программа по дополнительным спектральным признакам контролирует правильность установки датчиков и выдает предупреждающие сообщения вида:
«Обнаружены помехи при измерении спектра огибающей. (Плохое крепление датчика или посторонние шумы в машине). Рекомендуется повторить измерение».
В результате исследовательских работ проведенных на базе локомотивных депо, осуществляющих крупные виды ремонта, по результатам сопоставления диагноза, поставленного комплексами вибродиагностики и фактиче 123 ского состояния узлов после их разборки, были оптимизированы пороги основных видов дефектов.
Так для локомотива ЧС-2 в буксовом узле (подшипник 73636) порог дефектов «Износ наружного кольца», «Раковины на наружном кольце» увеличен на 40%, «Раковины на внутреннем кольце» увеличен на 10%, «Дефекты тел качения и сепаратора» - на 17 %. Для подшипников малой шестерни SU 3528 увеличен на 13 % порог для дефекта «Бой вала» и на 25 % для «Дефекта тел качения и сепаратора».
Для моторно-якорного подшипника SU 62330 для дефекта «Бой вала» порог увеличен на 20 %, дефектов «Износ наружного кольца» и «Раковины на наружном кольце» - на 20 %, «Дефекта тел качения и сепаратора» - на 70 %. Для моторно-якорного подшипника SU 3528 снижен порог для дефекта «Износ внутреннего кольца» на 6 %, для «Дефекта тел качения и сепаратора» порог увеличен на 90 %. Для опорно-осевого подшипника 23956 увеличен порог для дефекта «Бой вала» на 13 %, для дефекта «Раковины на внутреннем кольце» — на 10 %, для «Дефекта тел качения и сепаратора» - на 25 %.
Аналогичные оптимизирующие корректировки порогов для прямых спектров и спектров огибающей были определены для всех диагностируемых подшипников локомотивов ВЛ-80 (по данным ТЧ11 Вологда Сев. ЖД.); ТЭМ-2 (по данным ТЧ5 Ачинск Краен. ЖД); ВЛ-10 (по данным ТЧ1 Московка ЗСЖД). Численные значения оптимизированных порогов приведены в нижеследующих таблицах.
Выбор мест установки датчиков и способов их крепления
Подвижной состав, который эксплуатируется сейчас на сети железных дорог России, проектировался и изготавливался в 1960-х, 1980-х годах. В то время существовала четкая система плановых ремонтов, еще не получила широкого распространения цифровая вычислительная техника, микропроцессоры, персональные ЭВМ, переносные компьютеры. Средства технической диагностики не были востребованы. Этими обстоятельствами объясняется отсутствие специально предусмотренных мест для установки датчиков на узлах, требующих особого контроля за их техническим состоянием.
В настоящий момент это обстоятельство затрудняет, замедляет и снижает достоверность процесса диагностирования.
Экспериментальным путем для конкретных типов локомотивов были определены точки установки датчиков вибрации на КМБ, в которых сигнал виброускорения имеет наибольшую амплитуду в исследуемом диапазоне частот.
Качество крепления акселерометров в значительной степени может влиять на его рабочие характеристики (частотный и динамический диапазоны). Среди известных способов крепления следует выделить крепление с помощью шпильки, воска, магнита, клея, липкой пластины и ручного щупа. Крепление с помощью шпильки. Этот вид крепления требует предварительно высверлить необходимого диаметра отверстие на поверхности машины или оборудования, ввинтить шпильку в резьбовое отверстие и навинтить на укрепленную шпильку акселерометр. Особо следует убедиться в том, чтобы шпилька не доходила до дна отверстия в акселерометре.
Крепление с помощью шпильки является одним из самых надежных способов, не искажающих его эксплуатационные характеристики, резонансную частоту и динамический диапазон.
Такой вид крепления используется в стационарных системах контроля, мониторинга и диагностики. Позволяет измерять колебания с большими амплитудами ускорения, а также высокочастотные колебания.
Крепление с помощью воска. Прикрепление с помощью воска следует обратить внимание на то, что толщина слоя воска должна быть относительно тонкой. Такой, чтобы только обеспечить заполнение зазора между основанием акселерометра и поверхностью машины.
Резонансная частота акселерометра при таком виде крепления практически сохраняется и лишь незначительно меньше, чем в случае крепления с помощью шпильки.
Этот быстрый и несложный способ крепления используется обычно в условиях, когда нежелательно или невозможно крепление шпилек или винтов или когда сам акселерометр не имеет резьбовых отверстий. Однако применение воска ограничивает диапазон рабочих температур. Как правило, верхняя граница рабочей температуры составляет величину порядка +40С. Определенные ограничения имеются и для верхней границы рабочего динамического диапазо-на - это ускорения не более 100 м/с .
Крепление с помощью магнита. Магнит, закрепляемый на основании акселерометра с помощью резьбового соединения, широко используется, обеспечивая быструю установку и возможность перемещать датчик на поверхности объекта из ферромагнитного материала.
Использование магнита практически сохраняет динамический диапазон акселерометра, но несколько уменьшает верхнюю границу его диапазона рабочих частот. Для сохранения максимально возможного значения частоты закрепленного акселерометра применяется тонкий слой консистентной силиконовой смазки, который наносится и на основание акселерометра, и на поверхность объекта в месте крепления. Определенные марки крепежных магнитов позволяют устанавливать акселерометры на искривленные поверхности, например, на трубы и т.п. Однако в этом случае сужается рабочий частотный диапазон и тем больше, чем меньше радиус закругления поверхности объекта.
Крепление с помощью клея. Такой вид крепления используется при стационарном мониторинге в том случае, когда исключается крепление с помощью шпилек. Возможно непосредственное крепление акселерометра таким образом или предварительное крепление клеем или цементом шпильки на поверхность объекта. Использование клея практически не изменяет его рабочих частотного и динамического диапазонов. Применение, например, цианакрилового клея требует совершенно гладких и ровных поверхностей. Возможно использование эпоксидных смол, но следует помнить, что для их отвердения требуется определенное время. Кроме того, если это не специальные эпоксидные смолы, то они имеют ограничение верхнего предела рабочих температур приблизительно +80С. Использование "мягких" клеев сужает рабочий частотный диапазон акселерометров, ограничивает диапазон рабочих температур и не обеспечивает достаточной жесткости крепления.
Крепление с помощью ручного щупа. В этом случае акселерометр навинчивается на крепежную шпильку ручного щупа. Измерения механических колебаний акселерометром, закрепленным на ручном щупе, ограничены частотами до 1000 Гц. Кроме того, использование такого вида крепления возможно, когда нет жестких требований к точности измерений. При измерениях конец щупа следует смазать тонким слоем консистентной силиконовой смазки и с некоторым усилием прижать к вибрирующей поверхности. Для расширения рабочего диапазона частот можно использовать так называемый "перевернутый" ручной щуп.
