УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ БУКСОВОГО ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для автоматизированного контроля состояния буксовых узлов транспортного средства в движении.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известно устройство, реализующее способ мониторинга состояния буксы колесной пары, раскрытое в патенте на изобретение RU 2258017, опубликованном 10.08.2005, в котором измерение величины смещения буксы производят оптическими дальномерами при движении колесной пары путем сравнения двух измеренных линейных профилей колеса с заранее известными профилями эталонной колесной пары. По результатам сравнения делают вывод о состоянии буксы колесной пары. В качестве одного из измеренных профилей используют наружный профиль колеса на уровне расположения буксы, а в качестве другого - профиль внутренней стороны колеса на уровне между рельсом и осью колесной пары.
К недостаткам данного технического решения следует отнести случайный характер измерительной выборки, который получается только во время прохождения колесной пары мимо оптических датчиков. В таком способе букса колесной пары не находится под постоянным контролем, что принципиально не может обеспечить достоверную диагностику и своевременное предупреждение возможных неисправностей.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели является устройство диагностики подшипника качения по патенту на изобретение RU 2438900, опубликованному 10.01.2012, включающее датчик нулевого отсчета, датчик поворота вращающегося кольца подшипника и датчик перемещения тел качения или элементов сепаратора.
Недостатками этого известного устройства являются низкая точность измерений, а также отсутствие возможности отслеживать изменения в объекте в реальном времени, поскольку данное устройство позволяет только регистрировать последствия изменений.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является повышение достоверности результатов диагностики текущего технического состояния буксового подшипника качения (БПК) колесной пары рельсового транспортного средства в движении и, соответственно, повышение безопасности движения на транспорте.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство диагностики буксового подшипника качения содержит ферромагнитный информационный элемент, жестко сопряженный с сепаратором буксового подшипника качения, индукционный датчик, установленный на буксе диагностируемого подшипника и расположенный напротив ферромагнитного информационного элемента, блок измерения интервалов времени между импульсами, поступающими от датчика, и блок формирования и анализа рядов измеренных интервалов времени, выполненный с возможностью определения разброса их значений и математической обработки для определения отклонения полученных результатов от заданного диапазона значений.
Ферромагнитный информационный элемент может быть выполнен в виде диска с чередующимися выступами и впадинами, при этом количество выступов может быть равным или кратным количеству тел качения диагностируемого подшипника.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена схема устройства;
на фиг. 2 представлено изображение ферромагнитного информационного элемента, выполненного в виде гребенки;
на фиг. 3 представлена форма двухполярного сигнала индукционного датчика.
Осуществление полезной модели
Получение диагностического сигнала обеспечивается за счет размещения индукционного датчика напротив информационного элемента, жестко устанавливаемого на сепараторе и выполненного из ферромагнитного металла, предпочтительно, в форме диска с сформированными на нем выступами и впадинами. Выступы и впадины могут быть выполнены любым известным способом, например, фрезерованием. Наличие чередующихся по окружности информационного элемента выступов и пазов формирует так называемую гребенку, в которой ферромагнитный выступ чередуется с воздушным зазором, что приводит к резкому изменению величины магнитной индукции в процессе вращения сепаратора и позволяет получать с датчика двухполярный сигнал (форма сигнала приведена на фиг. 3), который пригоден для преобразования в измерительный импульс, используемый для дальнейшей обработки и анализа.
Количество выступов определяется в зависимости от требуемой глубины диагностики. Для «грубой», приблизительной оценки достаточно одного выступа, но для получения более детальной информации о техническом состоянии подшипника требуется число выступов, предпочтительно, равное или кратное количеству тел качения диагностируемого подшипника. Получаемый с датчика сигнал поступает в блок обработки информации, включающий блок формирования измерительного импульса, блок измерения интервалов времени и оттуда - в ЭВМ, в которую заложены алгоритмы диагностики.
Диагностика осуществляется с использованием нескольких алгоритмов.
1. Базовый алгоритм состоит в следующем: измеряется последовательно интервал времени прохождения зубцов относительно датчика на постоянной скорости вращения колеса и сравниваются соседние интервалы времени. Если интервалы времени близки по значению, делается вывод о нормальном движении сепаратора, который имеет собственную скорость вращения, которая вычисляется из геометрических размеров элементов БПК (для нашего случая это 0,407 от скорости вращения вала). Если интервалы времени уменьшаются, делается вывод о замедлении сепаратора, что свидетельствует о начале его заедания на наружном кольце, имеющем нулевую скорость. Если интервалы времени устойчиво увеличиваются, то делается вывод о начале его заедания на внутреннем кольце, вращающемся со скоростью вала. И в том и в другом случаях при развитии дефектов на этих кольцах БПК разрушается. В первом случае это происходит при полном стопорении сепаратора и всей сборки на наружном кольце, при скорости сепаратора, равной нулю, нагреве и разрушения внутреннего кольца от возникающего сухого трения контактирующих поверхностей. Во втором случае это происходит при полном стопорении наружного кольца, вращающегося со скоростью вала, и проворачивании подшипника в буксе с начала на остатках смазки, а затем и при сухом трении. Опытные данные свидетельствуют, что для этого буксовому подшипнику в поезде, идущему со скоростью 100 км/час, достаточно 10 минут.
Система диагностики, и аварийной защиты, построенная на вышеизложенном алгоритме, должна фиксировать начальные рывки сепаратора и сигнализировать о них компетентным органам, ответственным за безопасность поезда. Далее система отслеживает данные рывки, их частоты т.д. Их переход в непрерывное отставание, или ускорение сепаратора свидетельствует о скором разрушении БПК.
2. Второй алгоритм основан на том, что в буксе на одной оси рядом находятся два БПК. Алгоритм слежения такой же, как и в п. 1, но предварительные решения могут приниматься на основании сравнения поведения этих сепараторов: изменение скорости вращения одного из них относительно другого также может служить первым свидетельством о начале выхода БПК из строя вне зависимости от вызвавших его причин.
3. Сравнение можно организовать и в пределах одной стороны тележки, всей тележки, вагона и всего состава.