СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ БУКС ВАГОНОВ
METHOD FOR DETECTING DEFECTIVE CAR AXLE BOXES

Изобретение относится к средствам вибродиагностики, в частности к постовым системам вибродиагностики на железнодорожном транспорте.
Известные системы вибродиагностики, устанавливаемые в депо (локомотивных, вагонных) для диагностики колесно-моторных блоков и подшипников букс колесных пар в статическом положении объекта диагностики (локомотива, вагона), патенты №80950, Россия, интернет, №80957, Россия, интернет, №84559, Россия, интернет, №84116, Россия, интернет, №105739, Россия, интернет.
В настоящее время определения годных или не годных к эксплуатации вагонов по состоянию подшипников букс колесной пары производится в депо на специально оборудованных стендах. В процессе эксплуатации вагонов информация о состоянии подшипников букс колесных пар отсутствует. Однако для вагонов метро, грузовых и пассажирских вагонов при формировании поезда необходимо знать о состоянии подшипников букс для предотвращения аварий, связанных с разрушением подшипников букс.
Аналогов предлагаемое изобретение не имеет, однако прототипом по функциональности ближе всех патент RU 105739 U1.
Предлагаемый способ основан на анализе спектров колебаний рельса, возникающих при прохождении вагона, полученных с помощью датчиков вибрации, установленных на подошве рельса. В спектрах в определенных диапазонах частот, соответствующих колебаниям колец, роликов и сепараторов подшипников, всегда присутствуют заметные амплитуды ускорений, величина которых зависит от механического состояния подшипника.
Эти выводы были сделаны в результате испытаний грузовых вагонов, имевших буксы с известными дефектами подшипников (см. фиг. 1), где
1 - букса с подшипником, имеющим поврежденный сепаратор;
4 - букса с подшипником, имеющим поврежденный ролик;
5 - букса с подшипником, имеющим поврежденное внутреннее кольцо;
8 - букса с подшипником, имеющим поврежденное наружное кольцо;
2, 3, 6 и 7 - буксы, где специально подшипники с дефектом не устанавливались.
В результате проведенных испытаний, во время которых скорость движения менялась в пределах 9…28 км/ч, были получены спектры ускорений колебаний рельса при прохождении колесных пар, имеющих известные повреждения, и исправных колесных пар.
Так, например, на фиг. 2 показаны наложенные друг на друга спектры исправной буксы (9) и буксы, имеющей подшипник с поврежденным роликом (10).
Хорошо видно, что в районе диапазонов частот, соответствующих внутреннему кольцу (13 Гц) и второй гармоники ролика (19 Гц), амплитуды ускорений поврежденной буксы существенно превышают таковые для исправной буксы.
Во всех случаях расчет частот, на которых следует искать повреждения, производился по известным ниже приведенным формулам:
при повреждении сепаратора
при повреждении ролика
при повреждении роликов (овальность и гранность)
при повреждении наружного кольца
при повреждении внутреннего кольца
при волнистости наружного кольца
при волнистости внутреннего кольца
при повреждении группы роликов (по данным А/О "ВАСТ")
где n - частота вращения, об/мин;
z - число тел качения;
d - диаметр тел качения (роликов), мм;
0
D - расчетный средний диаметр, мм;
k=1, 2, 3, … - номер гармоники.
Частота вращения зависит от скорости движения: ,
где v - скорость движения, м/с;
R - радиус колеса, м.
Так как истинные частоты лежат в пределах ±5% от расчетных значений, то диапазоны частот, в которых определялись максимумы ускорений, брались ±1,05 от расчетных значений.
На фиг. 3 приведен спектр буксы, имеющей исправные подшипники, а на фиг. 4 и 5 - спектры букс, имеющих подшипники с поврежденными кольцами: на фиг. 4 - спектр буксы, имеющей подшипник с поврежденным внутренним кольцом, а на фиг. 5 - спектр буксы, имеющей подшипник с поврежденным наружным кольцом.
Вид спектра с исправной буксой отличается от спектров букс с неисправными подшипниками. Существенно увеличиваются амплитуды ускорений (по оси ординат на фиг. 3 - mv, а на фиг. 4 и 5 - v, напряжение пропорционально ускорению) в спектрах букс, имеющих поврежденные подшипники.
Таким образом, с помощью специальной программы по показаниям датчиков вибрации и отметчиков колес, установленных на рельсах, определяются и фиксируются амплитуды ускорений во всех диапазонах частот, соответствующих скорости движения в момент проведения записи. Полученные данные этой же программой анализируются и выявляются амплитуды, не вписывающиеся в генеральную совокупность. Установлено, что подшипники, имеющие такие амплитуды, имеют дефект той детали, на частоте которой обнаружена эта амплитуда. На фиг. 6 показаны состав и схема включения аппаратуры, в состав которой входят:
11 - датчики ускорений (два, установленные вертикально);
12 - два отметчика колес;
13 - усилитель заряда;
14 - АЦП;
15 - компьютер;
16 - принтер.
На фиг. 7 показана схема установки датчиков на рельсах.
Отметчики колес установлены с интервалом, равным развертке окружности колеса вагона. В середине этого интервала на обоих рельсах устанавливаются датчики вибрации (11). Отметчики колес 12 (см. фиг. 7) служат для определения скорости и направления движения и порядкового номера вагона и оси. Датчики вибрации 11 последовательно подключают к входам 2-канального усилителя заряда (13), а выходы усилителя подключают к аналого-цифровому преобразователю (14 - АЦП), передающему преобразованные сигналы системному блоку ПК (15), который по заданной программе обрабатывает сигналы, поступающие с АЦП.