Надежность и диагностика локомотивов

ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный  университет имени И.Н. Ульянова»

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Надежность и диагностика локомотивов

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка

группы  МС 21-08

Сухарева  Ирина

Проверил: профессор

Салов П.М.                     

 

 

 

 

 

 

 

Чебоксары, 2012 г.

Содержание

 

 

Введение 3

1. Особенности  проведения работ по вибродиагностике  ходовой части  локомотивов 4

2. Выбор методов  диагностики подшипников качения  ходовой части     локомотивов 8

3. Основные  практические результаты 14

4. Перспективы  развития систем функциональной  диагностики подвижного  состава 22

Выводы 26

 

 

 

Введение

Одним из важнейших вопросов обеспечения  безопасности железнодорожного движения является контроль и прогноз состояния  механизмов и оборудования подвижного состава. Наибольшие требования по безотказности  работы предъявляются к ходовой  части подвижного состава, многие механизмы  которой невозможно вывести из эксплуатации при возникновении аварийной  ситуации во время движения.

К наиболее ответственным узлам ходовой  части подвижного состава, на которые  приходится основное количество отказов, относятся колесные пары и их буксовые подшипники. В локомотивах и моторных вагонах кроме этих узлов значительное число отказов приходится также  на другие узлы трения – подшипники приводов колесных пар, моторно-осевые подшипники, а также зубчатые зацепления в приводе и щеточно-коллекторные узлы тяговых электродвигателей.

Обеспечить  безотказную работу всех перечисленных  узлов в период между текущими ремонтами третьего объема (ТР-3), или  средними ремонтами (СР) подвижного состава за счет применения в процессе ремонта технологий неразрушающего контроля и неразрушающих испытаний, а также повышения качества ремонтных работ, в ближайшее время не представляется возможным. Основными причинами являются имеющие место нарушения технологий ремонта и монтажа, возникающие при эксплуатации перегрузки оборудования, неидеальное состояние рельсового пути, часто возникающие дефекты систем смазки из-за попадания в нее опасных примесей или потерь смазки, нарушения технологии нахождения локомотивов в запасе ОАО РЖД. Поэтому естественным путем повышения надежности ответственных узлов ходовой части является использование методов контроля их состояния в процессе эксплуатации подвижного состава. Такой контроль возможен как при проведении работ по периодическому обслуживанию и текущему ремонту подвижного состава с применением визуального и тестовых методов неразрушающего контроля, в том числе требующих частичной разборки этих узлов, так и с использованием методов функциональной диагностики, проводимой на работающем оборудовании.

Контроль  состояния ответственных узлов  ходовой части подвижного состава, прежде всего подшипниковых узлов, с их частичной разборкой во время  текущих обслуживаний и ремонтов, количество которых между ремонтами  ТР-3 может доходить до десяти и более, оказывается крайне затратным. Кроме  того, в процессе сборки-разборки очень  часто в подшипниковый узел могут  вноситься новые дефекты, скорость развития которых может быть высокой  и приводить к отказу до момента  повторной его разборки. В связи  с этим обязательной операцией обслуживания является проведение функциональной диагностики  подшипниковых узлов во время  текущего обслуживания (ТО-3) или текущего ремонта (ТР-1) ходовой части.

Наиболее эффективными функциональными  методами обнаружения дефектов подшипниковых  узлов являются вибрационный (обнаружение зарождающихся и развитых дефектов) и тепловой (обнаружение предаварийного состояния подшипников в номинальном режиме их работы). В контроле состояния ходовой части вагонов с использованием функциональных методов оптимальным решением является сочетание вибрационного контроля состояния подшипников колесных пар при их вращении на стендах выходного контроля после ремонта и тепловой контроль букс вагонов при их движении в составе поезда. Возможность обнаружения предаварийного состояния подшипников ходовой части вагонов по тепловому излучению определяется прямой видимостью букс со стороны внешних приемников теплового излучения, устанавливаемых на пути следования поездов.

Совершенно  другая ситуация оказывается при  решении задач диагностики узлов  трения ходовой части локомотивов  и моторных вагонов, т.е. их колесно-редукторных  и колесно-моторных блоков (КРБ и  КМБ). Использовать тепловые методы контроля на ходу локомотива с помощью внешних  средств измерения теплового  излучения можно только для контроля состояния буксовых подшипников, остальные  подшипниковые узлы находятся вне  прямой видимости этих средств. В  этом случае можно идти по двум основным направлениям – осуществлять непрерывный  контроль состояния ответственных  узлов бортовыми системами контроля или обеспечивать их периодическую  функциональную диагностику с долгосрочным и достоверным прогнозом состояния  на время между проведением работ  по периодической диагностике.

Работы  по внедрению функциональных методов  диагностики узлов трения КМБ  и КРБ локомотивов и моторных вагонов ведутся не один десяток  лет, многие локомотивные депо оснащены средствами периодической диагностики  подшипников качения. Однако значительные качественные и количественные сдвиги в снижении частоты отказов узлов  трения в ходовой части локомотивов  появились только в последние  годы. Описание проблем, возникших в  процессе адаптации существующих методов  и средств вибрационной диагностики  к практическим задачам контроля и прогноза состояния КМБ и  КРБ локомотивов, путей их решения, а также основных направлений  освоения других методов глубокой диагностики  подвижного состава является главной  задачей настоящего доклада.

1. Особенности проведения  работ по вибродиагностике ходовой  части локомотивов

До середины девяностых годов специалисты по виброакустическому контролю состояния  ходовой части эксплуатируемых  локомотивов не имели аппаратуры для глубокого анализа шума и  вибрации и полагались, в основном, на результаты простейших измерений  и свой опыт. Контроль воздушного шума и вибрации проводился при вращении колесной пары в составе тележки  с двумя КМБ (КРБ), поднимаемой  на домкраты вместе с локомотивом  при проведении текущего обслуживания ТО-3 или текущего ремонта ТР-1, проводимых через каждые 10 -50 тыс.км. пробега. Колесная пара вращалась от приводного электродвигателя собственного КМБ, низкочастотная вибрация подшипниковых узлов контролировалась с помощью стетоскопа, а среднечастотная – по шуму работающего узла. В некоторых локомотивных депо использовались и приборы для измерения (с преобразованием в среднечастотные звуковые колебания) ультразвуковой вибрации подшипников качения. Все это позволяло специалистам с большим практическим опытом достаточно эффективно обнаруживать подшипниковые узлы с подозрением на наличие дефектов, которые затем разбирались и проходили визуальную дефектацию, а при необходимости – контролировались методами магнитной и акустической дефектоскопии.

В конце  прошлого столетия во многих локомотивных депо появилась применяемая в  ряде отраслей аппаратура для вибрационной диагностики вращающегося оборудования по вибрации, которую стали использовать для контроля состояния и диагностики  подшипниковых узлов КМБ (КРБ). Однако получаемые результаты оказались менее  существенными, чем на предприятиях, диагностирующих постоянно работающее технологическое оборудование. Разбираться  в причинах недостаточной эффективности  диагностических систем поручили разработчикам  средств диагностики. Им же предложили рассмотреть возможности создания бортовых систем вибрационной диагностики  оборудования локомотивов.

Одним из основных поставщиков  систем вибродиагностики в локомотивные депо ОАО «РЖД» является Ассоциация «ВАСТ», предприятия которой специализируются на вопросах глубокой диагностики и  долгосрочного прогноза состояния  роторного оборудования. Ее специалисты  провели исследования по анализу  имеющихся ограничений на эффективность  эксплуатируемых в локомотивных депо комплексов диагностики подшипников  качения. В программу этих исследований вошли следующие работы:

- определение  основных особенностей развития  дефектов в подшипниках транспортных  средств, 

- влияние  особенностей работы стендов  и приводов, используемых для  вращения машин, на вибрацию  объектов диагностики, 

- влияние  нестандартных режимов работы  машин на диагностические признаки  дефектов их подшипниковых узлов, 

- оптимизация  методов диагностики подшипников  транспортных средств на разных  стадиях развития дефектов.

Результаты  этих исследований оказались в значительной степени неожиданными и стали  причиной существенных изменений в  разрабатываемых технических средствах  и программном обеспечении для  диагностики подвижного состава.

Так, к  основным особенностям развития дефектов, требующим внесения изменений в  используемые технологии диагностики, относятся:

- невозможность  контроля наработки элементов  подшипника, так как в поступаемых на замену подшипниках часто используются элементы, уже выработавшие неизвестную часть своего ресурса,

- наличие  при эксплуатации колесных пар  частых ударных нагрузок на  колесную пару и подшипники  КМБ (КРБ) из-за неровностей  поверхности колеса и рельсовых  путей, иногда приводящих к  локальным изменениям механических  свойств поверхностей качения  подшипника,

- частые  пусковые режимы работы КМБ  (КРБ), способствующие быстрому развитию  ряда дефектов, прежде всего дефектов  посадки подшипников в посадочных  местах.

- резкие  перепады температур и как  следствие обводнение смазки  с потерей ее механических  и смазывающих свойств. 

- электроожоги подшипников вследствие нарушения технологии сварочных работ или выходе из строя токоотводящих элементов.

- воздействие  на подшипники длительной статической  нагрузки вследствие нарушения  технологии нахождения локомотивов  в запасе ОАО РЖД. 

Таким образом, скорость развития дефектов в подшипниках  КМБ (КРБ) может быть существенно  выше, той, которая заложена в технологию долгосрочного прогноза состояния  подшипников в оборудовании других отраслей промышленности, а также  кузовного оборудования локомотивов. Кроме того, в жизненных циклах подшипников качения КМБ (КРБ) из-за большого разброса наработки элементов  может отсутствовать цикл бездефектной эксплуатации, следующий за циклом приработки. Но в цикле бездефектной эксплуатации обнаруживаемые признаки дефектов в типовых программах прогноза состояния обычно относятся к  группе признаков зарождающихся  дефектов и не учитываются при  определении гарантированной длительности бездефектной работы подшипника. Поэтому  длительность долгосрочного прогноза безаварийной работы КМБ и КРБ  по результатам вибрационной диагностики  должна быть снижена по сравнению  с типовой длительностью прогноза состояния роторного оборудования, работающего в стационарных условиях.

К стендам, на которых при наличии средств  измерения и анализа вибрации может производиться диагностика  узлов КМБ (КРБ) можно отнести:

- стенд,  включающий устройства подъема  колесной пары (тележки с двумя  блоками или локомотива в целом)  и источник (источники) питания  тягового двигателя (двигателей) на время проведения диагностических  измерений, 

- роликовый  (катковый) стенд, в котором колесная пара (тележка или локомотив в целом) устанавливается на ролики, имеющие собственный привод для их вращения вместе со статически нагруженными колесными парами,

- стенд  для вращения колесной пары  локомотива в собственных подшипниках,  с передачей крутящего момента  от привода стенда на колесную  пару через большую шестерню,

- стенд  для вращения тягового электродвигателя  в собственных опорах с устройством,  обеспечивающим нагрузку на двигатель  или без нее. 

Первые  два стенда позволяют проводить  диагностику КМБ (КРБ) во время проведения ТО без разборки, третий и четвертый, обычно находящиеся в ремонтных  цехах, - во время выполнения ремонтных  работ. Диагностику подшипников  до их установки в КМБ (КРБ) проводят на специальных стендах прокрутки  отдельных подшипников. Диагностика  подшипников на каждом из стендов  имеет свою специфику, которая должна учитываться в методике диагностики  и, при необходимости, в диагностическом  программном обеспечении. Наибольшие изменения необходимо вносить в  технологию диагностики подшипников  качения КМБ и КРБ под локомотивом.

Так на стенде с подъемом локомотива на домкратах  необходимо выбирать оптимальную для  диагностики частоту вращения колесной пары. Дело в том, что достоверная  диагностика подшипников качения  по вибрации возможна лишь в случае, когда при проведении диагностических  измерений в подшипнике действует  статическая нагрузка на те зоны поверхностей качения, на которых образуются эксплуатационные дефекты. Нагрузка на поверхности качения подвешенной колесной пары изменяет направление, из-за чего в измеряемом сигнале вибрации могут отсутствовать признаки дефектов наружного кольца подшипника. Для исключения такой ситуации частота вращения колесной пары должна быть достаточно большой, чтобы центробежные силы, действующие на тела качения подшипников, существенно превышали силу их тяжести и выполняли функции статической нагрузки. В то же время частота вращения колесной пары не должна быть слишком высокой, чтобы центробежные силы, действующие на неуравновешенную колесную пару, были существенно ниже ее силы тяжести. Тогда при вращении колесной пары в подшипниках с зазором не будут появляться дополнительные ударные нагрузки, искажающие вибродиагностические признаки ряда дефектов. Как показывают результаты практической диагностики буксовых подшипников на подобных стендах, оптимальная для диагностики скорость вращения колесной пары локомотива находится в диапазоне 240 – 300 об/мин.