СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ БУКС ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И МЕТРОПОЛИТЕНА
METHOD OF DIAGNOSING ANTIFRICTION BEARINGS OF RAILWAY AND METRO ROLLING STOCK AXLE BOXES

Изобретение может быть использовано для диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта (вагонов и локомотивов) и вагонов метрополитена, и вагонов городского рельсового транспорта (трамваев) для оперативного контроля износа подшипников по состоянию.
Известен способ диагностики подшипников качения роторной системы, заключающийся в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на корпусе вращающегося подшипника, патент №2239809. Недостатком данного способа диагностики является длительное время подготовки буксового узла колесной пары вагона или локомотива к диагностике. Это обусловлено тем, что вагон необходимо отцепить от состава, направить в ремонтное депо, произвести ремонтные работы по выкатке подлежащей диагностике колесной пары, установить колесную пару на динамический стенд, произвести диагностику, а затем снова произвести монтаж колесной пары под вагон и направить его в эксплуатацию. Время на производство перечисленных работ составляет в среднем 8 часов.
Указанный недостаток снижает применение этого способа для диагностики подшипников букс на железнодорожном транспорте и вагонов метрополитена.
Цель изобретения - повышение скорости диагностики подшипников буксовых узлов вагонов и локомотивов железнодорожного транспорта и букс вагонов метрополитена, и измерение размеров дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа и (или) эксплуатации в подшипнике, и определение местоположения дефекта в подшипнике без останова подвижного состава.
Сущность способа заключается в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на правом и левом рельсе железнодорожного пути во время прохождения подвижного состава в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные, последовательные промежутки времени.
Данный способ диагностики подшипников отличается от способа диагностики подшипников (патент №2239809) тем, что с целью повышения скорости диагностики подшипников букс датчики (преобразователи) устанавливают на любую поверхность правового и левого рельса, кроме поверхности головки рельса железнодорожного пути по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути, и во время прохождения подвижного состава определяют для контроля износа буксового подшипника с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени (τ), определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота подшипника. Причинами, которые способствует значительному увеличению амплитуды сигналов акустической эмиссии вращающегося подшипника, являются удары и микроудары от перекатывания дефектных поверхностей тел качения, на которых имеются раковины, сколы, шелушения по поверхности беговых дорожек подшипника, или от ударов и микроударов при перекатывании тел качения по беговым дорожкам подшипника, на которых имеются сколы, раковины, трещины и шелушение.
Размер дефекта, т.е. разрушение вдоль беговой дорожки в мм определяют по формуле
P=π·DnΔt,
где Р - размер дефекта в мм;
n - число оборотов в с;
Δt - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой, следующих один за другим неразрывно по времени в с;
π=3,14;
D - диаметр внутреннего или наружного кольца подшипника до поверхности беговой дорожки в мм.
инт.
инт.
инт.
инт.
Местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой (измеренного) значения интервала времени между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии Т с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии Т, при этом значение Т измеренного должно совпадать с одним из расчетных значений Т
инт.
Каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии (Т) соответствует виду дефекта:
- дефекту наружного кольца,
- дефекту внутреннего кольца,
- дефекту тел вращения.
инт.
Дефект наружного кольца при T=1/(0,5·zn·[1-d/Dy·cosγ])с.
инт.
Дефект внутреннего кольца при T=1/(0,5·zn·[1+d/Dy·cosγ])с.
инт.
2
2
Дефект тела вращения T=1/(nDy/d·[1-(d/Dy)·cos·γ])с,
инт.
где Т - интервал времени между выбросами амплитуды,
z - число шариков (тел качения),
Dy - диаметр окружности, проходящей через центры шариков (тел качения), мм,
d - диаметр шарика (тела качения),
γ - угол контакта тел качения (указывается в каталоге),
n - число оборотов в с.
О состоянии подшипника буксового узла судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта такого типа, исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника.
Пример.
На нерабочей стороне правого и левого рельса железнодорожного пути установлены два датчика (преобразователя акустической эмиссии), соединенные с электронным устройством диагностики. Электронное устройство диагностики соединено с персональным компьютером, а персональный компьютер подключен к компьютерной сети отделения железной дороги. При приближении со скоростью 60 км в час грузового состава, состоящего из 60 полувагонов (длина полувагона 14 м), к устройству диагностики по сети передается команда в ПК на включение устройства диагностики и вводится нумерация состава и номера полувагонов.
Производится диагностирование при скорости прохождения состава 60 км в час 480 буксовых узлов полувагонов за время 50 секунд.
Время на диагностирование одного буксового узла составляет
50 с: 480 буксовых узлов 0,1 с.
Электронное устройство работает на основании способа диагностики, описанного выше.
В результате диагностики на правой буксе первой колесной пары седьмого полувагона обнаружен подшипник с недопустимо высокими сигналами акустической эмиссии.
Технические характеристики буксового подшипника 30 232726.
Диаметр внутреннего кольца подшипника до поверхности беговой дорожки в мм Dв 158.
Диаметр окружности, проходящей через центры роликов в мм Dy 190.
Диаметр ролика в мм d 32.
Число роликов в подшипнике z 14.
Угол контакта тела вращения указывается в каталоге. Для роликового подшипника cosγ=1.
Число оборотов в секунду буксового подшипника при скорости состава 60 км/час или 16,6 м/с и диаметре колеса вагона 0,95 м составляет 5,6 об/с, n=5,6 об/с.
С помощью переносного электронного устройства измерены следующие параметры:
инт.
Т - интервал времени между максимальными, неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии в с, см. схему в конце описания.
Δt - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой следующих один за другим неразрывно по времени в с, см. схему в конце описания.
инт.
При диагностировании получены данные Т=0,0218 с,
Δt=0,000765 с.
Сначала определяются месторасположения дефекта по формулам:
Дефект тела вращения.
инт.
2
2
2
2
T=1/(n·Dy/d·[1-(d/Dy)·cosγ])с=1/5,6·190/32[1-(32/190)·1])=0,031 с.
Дефект наружного кольца.
инт.
T=1/(0,5·z·n·[1-d/Dy·cosγ])=1/(0,5·14·5,6·[1-32/190·1])=0,030 с.
Дефект внутреннего кольца.
инт.
T=1/(0,5·z·n.[1+d/Dy·cosγ])=1/(0,5·14.5,6·[1+32/190·1])=0,0218 с.
инт.
инт.
Следовательно, измеренное значение интервала времени между выбросами амплитуды Т=0,0218 с совпадает с расчетным значением Т при дефекте внутреннего кольца.
Затем определяется размер дефекта по формуле
Р=π·Dв·n·Δt=3,14·158·5,6·0,000765 с=2,12 мм.
Следовательно, разрушение (выкрашивание) беговой дорожки внутреннего кольца подшипника составляет 2,12 мм.
После производства второго и последующего измерения можно с помощью предложенного способа диагностики контролировать и скорость развития дефекта подшипников качения.