Организация диагностирования колесно-моторного блока локомотива ЧМЭ 3

Широкое применение в локомотивном хозяйстве нашли комплексы диагностики подшипниковых узлов тягового подвижного состава на основе ряда методик, что связано с тем, что они относятся к числу элементов, от технического состояния которых непосредственно зависят надежность локомотива и безопасность движения.
Акустический метод, суть которого заключается в оценке интенсивности звукового давления (CjB), генерируемого диагностируемым узлом в процессе его работы. При этом в качестве критерия степени развития дефекта принимаются нормативные значения звукового давления, устанавливаемые для конкретного узла. Метод реализован в приборе ПИК-1М, ИРП-12.

Диагностика по общему уровню вибрации, основанная на непосредственном измерении параметров вибросмещения, виброскорости или виброускорения исследуемого узла. Критерием наличия и степени развития дефекта по данному методу служат нормативные уровни вибрации, принятые для исследуемого механизма. Дефектным считается такой подшипник, величины вибрации которого превысили установленную норму для агрегата.

Данный способ диагностики по своему принципу входит в широко распространенную простейшую оценку технического состояния оборудования по общему уровню вибросигнала, выполняется оперативным обслуживающим персоналом без специальной подготовки. Для проведения такой диагностики дефектов подшипников качения вполне достаточно иметь простейший виброметр (например, LV-2, К-4102). Однако метод диагностики по общему уровню вибрации позволяет определять дефекты лишь на самой последней стадии их развития, когда они уже приводят или уже привели к разрушению узлов.

Диагностика по спектрам вибросигналов, построенная на анализе спектральных составляющих вибросигнала диагностируемого узла. Критерием наличия и степени развития дефекта служат характерные составляющие спектра на несущих частотах элементов узла («пики»), их интенсивность и периодичность.
Данный метод диагностики используется в приборе ПРИЗ-110М.
Диагностика по спектрам огибающих, в основу которой положен спектральный анализ огибающей вибропараметров диагностируемого узла. Метод получил широкое распространение благодаря возможности выявления им дефектов на сравнительно ранней стадии развития, а также прогнозирования остаточного ресурса узла. Однако его реализация требует применения достаточно сложных и дорогих сборщиков данных и анализирующих пакетов прикладных программ. В итоге диагностический прибор превращается в комплекс, содержащий отдельно сборщик данных и персональный компьютер с анализирующей программой. Для обслуживания такого комплекса нужен обученный персонал. Следует также отметить, что для каждого конкретного подшипникового узла уровни порогов сильного дефекта реально приходится подбирать и постоянно корректировать, исходя из практического опыта и фактического состояния. Уровень не рассчитывают средствами программного комплекса, хотя такая функция присутствует, а именно подбирают. Изложенный метод реализован в диагностических комплексах «Прогноз-1» (Россия, 4ВНТиТ МПС, г. Омск), «Вектор-2000», КПА-1В (Россия, Ассоциация «ВАСТ», г. Санкт-Петербург), «Спектр-07» (Россия, ЗАО «ТСТ», г. Санкт-Петербург).

Использование средств технической диагностики колесно-моторного блока.
В настоящее время широкое распространение при диагностике колесно-моторного блока получили виброакустические методы диагностики.

Использование методов вибродиагностики.

Задачи диагностики подшипников качения локомотивов в процессе эксплуатации решаются ,как правило, одним из трех основных способов. Первый использует алгоритмы обнаружения дефектов по росту температуры подшипникового узла, второй – по появлению в смазке продуктов износа, а третий – по изменению свойств вибрации (шума). Наиболее полная и детальная диагностика подшипников с обнаружением и идентификацией дефектов на ранней стадии развития выполняется по сигналу вибрации подшипника, в основном, высокочастотной.

Принципы вибродиагностики.

Вибрация и шум - естественные процессы, протекающие в машинах и оборудовании, и возбуждаются они теми же динамическими силами, которые являются причинами износа и разных видов дефектов.

Динамические силы в машинах возбуждают вибрацию либо непосредственно, либо силы возбуждают шум, а шум - вибрацию корпуса.

Вибрация, в зависимости от природы возбуждающих ее сил, может быть либо детерминированной (чаще периодической), либо случайной.
Один из простейших примеров детерминированного сигнала вибрации - гармоническое колебание ( рис 4.).

Рисунок 4 Гармоническое колебание

Стратегия мониторинга и вибродиагностики.

Технические средства и программное обеспечения для мониторинга и диагностики, разработанные АО ВАСТ, рассчитаны на решение основных задач мониторинга, глубокой диагностики и прогноза состояния узлов вращающегося оборудования.
Рассматриваемая система мониторинга и диагностики позволяет проводить три разных вида мониторинга. Первым является вибрационный мониторинг машин (оборудования) в целом. Это традиционный вид мониторинга с измерением преимущественно низкочастотной и среднечастотной (до 1-2 кГц) вибрации в точках машин, выбранных пользователем в соответствии с действующими на предприятии нормами на вибрацию оборудования и с учетом собственного оборудования. Второй вид мониторинга – это вибрационный мониторинг аварийно опасных узлов, выполняемых по правилам, отработанным создателями настоящей системы. В нем значительное внимание уделяется анализу высокочастотной вибрации, для возбуждения которой не требуется значительных колебательных сил, и которая изменяется на ранней стадии развития дефектов. Третий вид мониторинга – это технический мониторинг, представляющий собой наблюдение за развитием имеющихся дефектов, состоянием узлов оборудования и прогноз их остаточного ресурса.Вибрационный мониторинг машин или их узлов основан на сравнении данных измерений вибрации исследуемой машины (узла) с результатами периодических измерений вибрации той же машины (узла) или совокупности измерений вибрации группы однотипных машин (узлов), и предназначен для обнаружения изменений вибрационного состояния. Составной частью вибрационного мониторинга является сравнение результатов измерений спектров вибрации с пороговыми значениями, устанавливаемые либо пользователем, либо автоматически, по данным предшествующих или групповых измерений, с возможностью последующей корректировки.
Мониторинг технического состояния по результатам диагностики выполняется программой DREAM DOS для таких узлов роторных машин, как ротор с подшипниками качения или скольжения, зубчатые передачи и так далее.
Периодичность измерений при вибрационном мониторинге и диагностике задается пользователем, который вводит в программу величину временного интервала между измерениями для бездефектной машины или оборудования. При обнаружении отклонений параметров вибрации от эталонных значений интервал между значениями для дефектной машины или оборудования. При обнаружении отклонений параметров вибрации от эталонных значений интервал между измерениями автоматически сокращается. Эталонные значения параметров вибрации автоматически определяются либо по первым трем измерениям вибрации в каждой точке, либо по пяти измерениям вибрации идентичных узлов, а после каждого из последующих измерений автоматически адаптируются.
Так, для обнаружения дефекта износа в подшипниках качения задействовано три главных признака, которые могут появляться как независимо друг от друга, так и совместно. Это появление ударных импульсов, рост мощности высокочастотной вибрации и периодическое изменение мощности высокочастотной вибрации. Для однозначного обнаружения этих признаков достаточно измерять только спектр огибающей высокочастотной вибрации, возбуждаемой силами трения в подшипниках качения. Но для контроля качества сборки машины и возможности обнаружения основных дефектов изготовления подшипника дополнительно может анализироваться и узкополосный спектр низкочастотной и среднечастотной вибрации подшипникового узла.
Для обнаружения дефектов износа в шестернях задействовано два основных признака, оба из которых связаны с появлением ударных нагрузок в точке зацепления шестерен. Первый – появление «положительной» ударной нагрузки, когда контакт дефектных узлов сохраняется, но точка контакта смещается, а второй – появление «отрицательной» ударной нагрузки, когда контакт уменьшается или пропадает, если, например, зуб отсутствует или в нем появляется трещина. Для однозначного обнаружения этих признаков также достаточно измерять только спектр огибающей высокочастотной вибрации подшипникового узла, на который передается «положительная» или «отрицательная» нагрузка. Но для более надежной идентификации вида дефекта, а также для надежного разделения дефектов шестерен и особенно подшипника, дополнительно могут анализироваться и узкополосные спектры вибрации подшипникового узла.
Режим графической обработки данных может использоваться для получения дополнительной диагностической информации. Кроме того, он имеет самостоятельное значение при диагностики тех машин и их узлов, особенности, вибрации которых или отсутствие отработанных алгоритмов диагностики не позволяют проводить его в автоматическом режиме.

Используемые параметры вибрации.

Система мониторинга и диагностики выполнена на основе пакета программ, разработанного для диагностики роторных машин по спектрам вибрации и ее огибающей.
Для автоматического обнаружения и идентификации дефектов используется результаты узкополосного спектрального анализа низкочастотной и среднечастотной вибрации диагностируемых узлов машин, а также огибающей их высокочастотных огибающих. Спектральный анализ обеспечивает получение исчерпывающей диагностической информации из периодических сигналов, а появление дефектов в роторных машинах сопровождается действием именно периодических колебательных сил, в том числе в виде периодических ударных импульсов и периодических изменяющихся сил трения, возбуждающих случайную вибрацию с периодически изменяющейся мощностью.
Поскольку для диагностики используются не только параметры низкочастотной и среднечастотной вибрации, а еще и высокочастотной, программа автоматической диагностики основана на анализе виброускорения, а не виброскорости или вибросмещения, во многих практических случаях не содержащих высокочастотных составляющих.

Заключение

Вследствие проведения мною научно-исследовательской работы было выявлено, что из общего количества операций технического обслуживания более 50 % приходится на контрольные работы, около 30 % - на крепёжные, около 15 % - на регулировочные и до 5% - на смазочные операции. В тоже время около 25 % времени ТО затрачивается на локализацию дефектной области (выявление неисправности узла или агрегата), около 40 % - на поиск дефекта внутри этой области и только 35 % - на восстановление (ремонт) отказавшего элемента. Поэтому столь актуальна разработка совершенных методов и средств контроля технического состояния деталей узлов и агрегатов локомотивов. Требуется и соответствующая организация технического обслуживания, совмещаемого с контрольно-диагностическими операциями, выполняемыми с помощью специальных средств диагностирования.
Система планово- предупредительного ремонта и обслуживания подвижного состава за более чем 50-летний срок хорошо зарекомендовала себя и позволила увеличить межремонтные пробеги локомотивов в 2-3 раза. В то же время существующая система планово- предупредительного ремонта и обслуживания подвижного состава в ее нынешнем виде не отвечает требованиям сегодняшнего дня. Она не учитывает климатические и эксплутационные условия полигона работы локомотивов, физический износ подвижного состава, интенсивность его использования, конструктивные особенности каждой серии локомотивов. Поэтому все более актуальными становятся задачи, связанные с переходом на систему ремонта по техническому состоянию. Опыт показывает, что переход на новую систему ремонта возможен только с одновременным внедрением современных диагностических комплексов.

Список литературы

1 Нотик 3. X. Тепловозы ЧМЭЗ, ЧМЭЗТ, ЧМЭЗЭ: Пособие машинисту. -2-е изд., перераб. и доп. -— М.: Транспорт, 1996. 444 с.

2 Тепловозы: Основы теории и конструкция: Учеб. для техникумов/В. Д. Кузьмич, И. П. Бородулин, Э. А. Пахомов и др.; Под ред. В. Д. Кузьмича.—2-е изд., перераб. и доп.—М.: Транспорт, 1991.—352 с.

3 Кононов В.Е., Хуторянский Н.М., Скалин А.В. Тепловозы. Механическое оборудование. Устройство и ремонт. 2-е изд. -М.: Желдориздат, Трансинфо, 2005. - 568 с.

4 Нотик 3. X. Тепловозы ЧМЭЗ, ЧМЭЗТ:  Пособие машинисту.— М.: Транспорт, 1990. 381 с: ил., табл.

2