Способ калибровки диагностической системы для оценки технического состояния подвижного состава
METHOD OF CALIBRATING A DIAGNOSTIC SYSTEM FOR ASSESSING TECHNICAL CONDITION OF ROLLING STOCK

Предлагаемый способ относится к области диагностики рельсовых транспортных средств и может быть использован в научных целях при исследовании динамических свойств ходовых частей вагонов и локомотивов.
Известно [1], что работа подвижного состава ЖД транспорта в системе колесо-рельс связана со значительным износом обоих компонентов и это особенно относится к колесам. Во время эксплуатации колеса испытывают значительные статические и динамические нагрузки, что нарушает геометрический профиль поверхности катания колеса. При этом происходит ухудшение качества металла колеса, растут остаточные напряжения, нарушается плавность хода и снижается уровень безопасности движения. У колес возникают ползуны и навары, выщербины, отколы и подрез гребня колеса. Ползуны и навары образуются на поверхности катания из-за заклинивания колесных пар. Ползуны вызывают сильные удары колес о рельсы и могут привести к их излому. Выявить ползун или навар можно при встрече поезда сходу на слух, а после остановки - внешним осмотром. Предотвращение аварий и крушений осуществляют путем разработки и внедрения специальных норм, позволяющих определить степень пригодности вагона к дальнейшей его эксплуатации. Для этого проводят исследования с применением диагностических стендов и методов, в которых используются различные модели неисправностей.
Известная аппаратура ДДК (детектор дефектных колес), которая относится к напольным средствам автоматической диагностики, предназначена для выявления колесных пар с дефектами на поверхности качения колес, таких как ползун и навар, которые при движении поезда вызывают вертикальные динамические перегрузки колес и рельсов. Колесные пары с дефектами бракуются или используются в качестве настроечных образцов для диагностических систем и комплексов.
Однако по метрологическим требованиям такие образцы должны обладать идентичностью параметров дефектов по высоте и глубине, протяженности и месту расположения на поверхности катания колеса. Если такие требования выполнять путем выборки и сортировки колесных пар, то это длительная и ненадежная процедура.
В изобретении «Способ определения динамических характеристик механической системы» (патент РФ №2292026) предложено возбуждать в системе свободные затухающие колебания и по амплитудно-временной зависимости отклика системы определять собственные частоты системы и логарифмический декремент колебаний. Способ заключается в том, что в системе возбуждают свободные затухающие колебания, регистрируют отклик системы, строят амплитудно-временную зависимость отклика системы, по которой определяют собственные частоты системы. Выделяют полосовым фильтром с выбранными частотами среза частотные составляющие, по которым определяют их логарифмические декременты колебаний. Собственные частоты системы определяют по пикам построенного амплитудного спектра Фурье отклика системы, а частоты среза принимают равными значениям ближайших частот, отстоящих слева и справа от собственных частот системы, на которых амплитудный спектр Фурье принимает минимальные значения.
В таком способе отсутствует наиболее важная информация о системе возбуждения свободных затухающих колебаний, в которых необходимо измерять параметры и делать соответствующее заключение.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Катковый стенд» (патент РФ №2488800), содержащий раму, установленную на бетонном фундаменте с участком рельсового пути, в разрыве которого закреплен имитатор такого пути в виде двух катков увеличенного диаметра. В катковом стенде, предназначенном для исследования системы колесо-рельс, предусмотрен имитатор нагрузок, включающий в себя боковые вертикальные гидропульсаторы для моделирования вертикальной силы, действующей в точке контакта колеса с рельсом.
Существенным недостатком способа моделирования сил в катковом стенде является сложность используемой конструкции и его чрезмерная металлоемкость. Кроме этого, применение гидропульсаторов требует дополнительного оборудования в виде насосной станции и системы управления.
Целью настоящего изобретения является создание базы достоверных данных с различными формами дефектов (наваров) на поверхности катания колеса при условии повышения надежности и экономичности способа сбора данных, относящихся к сигналам от дефектов, для однозначной калибровки и настройки диагностических систем.
Поставленная цель достигается тем, что способ калибровки диагностических систем выполняется путем создания на любом полигоне колебаний испытуемой колесной паре в составе тележки вагона и измерения электрических сигналов с помощью вибрационных датчиков, для чего на поверхности катания одного или обоих колес приваривают одну или несколько накладок, имеющих вид сегмента шара или эллипсоида. Причем толщину сегмента назначают в пределах допуска на высоту дефекта (навара), в каждом сегменте делают два отверстия для приварки, а диаметры отверстий равны удвоенной толщине сегмента.
Основная суть изобретения поясняется на фиг. 1, где показан рельс 1, по которому катится колесо 2 со скоростью вращения V, а на его поверхности катания приварена накладка 3, имеющая параметры, показанные на фиг. 2.
Способ калибровки диагностических систем осуществляется следующим образом. На поверхности катания одного или двух колес 2 в составе колесной пары тележки вагона приваривают одну или несколько накладок 3, которые при перемещении вагона по рельсам 1 вызывают резкий подъем оси колеса, в результате чего создается колебательный процесс. Параметры колебаний измеряют с помощью вибрационных датчиков и используют для оценки и расчета нагрузок на колесо. На основании полученных результатов создают базу данных для калибровки и настройки диагностических систем. Предлагаемый способ позволяет значительно расширить базу данных путем изменения геометрических размеров накладок (толщина h и другие). Увеличение количества накладок позволяет создавать резонанс в колебательном процессе, являющийся важным информативным параметром при технической диагностике. Приварка накладок в виде сегмента эллипсоида под углом в окружной скорости V позволяет моделировать боковые усилия и затем учитывать их при калибровке диагностических систем. Технология приварки накладок через два отверстия диаметром d не создает прочного соединения, поэтому они без особых проблем могут сниматься и заменяться новыми.
Список документов, цитируемых в отчете о поиске:
Техническая диагностика вагонов. Часть 2. Диагностирование деталей и узлов вагонов при изготовлении, ремонте и в условиях эксплуатации. Учебник под ред. В.Ф. Криворудченко. М. 2013, с. 315.