МОДЕЛИРУЮЩИЙ СТЕНД ДЕФЕКТОВ БУКСОВОГО УЗЛА КОЛЕСНОЙ ПАРЫ
TEST BENCH TO SIMULATE WHEEL PAIR AXLE BOX DEFECTS

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим формирование базы данных характерных признаков, свойственных определенным развивающимся дефектам, неисправностям и повреждениям буксового узла колесной пары, и может быть использовано для акустической диагностики буксового узла колесной пары.
Предельные нагрузки ходовых частей вагонов приводят к ускоренному износу, неисправностям и повреждениям буксовых узлов колесных пар. Все возникающие вначале незначительные «мелкие» дефекты, неисправности и повреждения при интенсивном физическом взаимодействии ходовых частей в процессе движения поезда приводят к их ускоренному износу и повреждениям.
Развиваемые в настоящее время системы ранней диагностики прогнозируют отказы компонентов ходовых частей движущегося поезда и позволяют перейти к системе технического обслуживания и ремонта подвижного состава по его фактическому текущему результату. Одной из таких систем является система акустического контроля буксовых узлов колесных пар. В связи с этим создание базы данных характерных признаков, свойственных определенным развивающимся дефектам, неисправностям и повреждениям буксового узла колесной пары, является своевременным и необходимым.
Известен стенд для ультразвукового контроля колесных пар, содержащий опорную эстакаду с участком рельсов, подъемное устройство с кареткой вращения колесной пары вокруг оси, снабженное приводом ее разворота на 180°, портал, на котором установлен первый модуль контроля, состоящий из первого сканирующего устройства, закрепленной на нем первой акустической системы для контроля диска колеса и механизма его перемещения, устройство контроля угла поворота колесной пары, устройство подачи контактирующей жидкости под преобразователи, второй модуль контроля, установленный на портале, состоящий из второго сканирующего устройства, закрепленной на нем второй акустической системы для контроля оси колесной пары по цилиндрической поверхности и механизма его перемещения, система контроля оси колесной пары с торца содержит третье и четвертое сканирующие устройства и выполнена в форме параллелограмма (пантографа), прикрепленного верхним концом к порталу, имеющего механизм перемещения в горизонтальном направлении, соединенный с первым двигателем, и дополнительно на нем установлен конусный стержень, стыкуемый с конусным углублением на торце оси (RU 39954 U1, 31.03.2004, G01N 29/04).
В известном стенде для каждого контролируемого участка колесной пары необходимо свое сканирующее устройство со специальным пьезоэлектрическим преобразователем электрических сигналов, три специальных электродвигателя и устройство подачи контактирующей жидкости, что существенно удорожает его стоимость.
В качестве наиболее близкого аналога принят стенд для технической диагностики узлов колесных пар и колесно-моторных блоков рельсовых транспортных средств, содержащий плиту, регистрирующие датчики, установленные на узлах колесной пары и колесно-моторного блока, приводные и подъемные устройства, установленные на плите под буксовыми узлами колесных пар, приводные устройства выполнены в виде статоров дисковых торцевых электродвигателей, установленных на кронштейнах перед колесной парой с возможностью перемещения относительно диагностируемого колеса по горизонтальной оси (RU 41362 U1, 21.06.2004, G01M 17/10). В результате взаимодействия магнитного поля статора дисковых торцевых электродвигателей с полем вихревых токов колесных дисков возникает вращающий момент, который приводит в движение колесную пару. Регистрирующие датчики, установленные на узлах колесной пары, фиксируют шумы буксового узла, что позволяет определять степень его исправности.
Известный стенд использует в качестве диагностирующего элемента акустическое воздействие шумов, возникающих при вращении колесной пары от специальной электрической машины переменного тока. Однако стенд не определяет характерные признаки дефектов, неисправностей и повреждений буксовых узлов колесных пар, что не дает возможности последующего использования результатов моделирования дефектов в условиях эксплуатации при диагностике буксовых узлов колесных пар поезда в реальных условиях.
Задачей изобретения является создание моделирующего стенда дефектов буксового узла колесной пары, позволяющего формировать базу данных характерных признаков, свойственных определенным развивающимся дефектам, неисправностям и повреждениям буксового узла колесной пары.
Технический результат заключается в повышении точности определения характерных признаков, свойственных определенным развивающимся дефектам, неисправностям и повреждениям буксового узла колесной пары.
Технический результат достигается тем, что моделирующий стенд дефектов буксового узла колесной пары содержит колесную пару с заданным дефектом, установленную на прокруточном станке, блок управления, одним из выходов подключенный к входу задания рабочих режимов прокруточного станка, приемник акустических сигналов, размещенный в боксе, чувствительный элемент которого установлен на высоте расположения буксового узла колесной пары, одна из сторон бокса, обращенная к колесной паре, снабжена шторкой, механизм открывания которой расположен в самом боксе и подключен управляющим входом к соответствующему выходу блока управления, последовательно соединенные усилитель акустического сигнала, аналого-цифровой преобразователь, блок коррекции, амплитудный детектор, преобразователь спектра и блок усреднения, а также блок обработки, базу данных с клавиатурой для введения наименования дефекта, при этом входы блока усреднения подключены к детектору и преобразователю спектра, а выход через блок обработки подключен к базе данных, выход приемника акустических сигналов подключен к входу усилителя, соответствующий выход блока управления - к другому входу блока коррекции.
Сущность заявленной системы поясняется чертежом
Моделирующий стенд включает колесную пару 1 с заданным дефектом буксового узла, установленную на прокруточном станке 2, блок 3 управления, одним из выходов подключенный к входу задания рабочих режимов прокруточного станка 2, приемник 4 акустических сигналов, размещенный в боксе 5. Чувствительный элемент приемника 5 установлен напротив буксового узла колесной пары 1 на расстоянии не более 1,5 м. Одна из сторон бокса 5, обращенная к колесной паре 1, снабжена шторкой 6, механизм 7 открывания которой расположен в самом боксе 5 и подключен управляющим входом к соответствующему выходу блока 3 управления. Стенд включает также последовательно соединенные усилитель 8 акустического сигнала, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 коррекции, детектор 11, преобразователь 12 спектра и блок 13 усреднения спектра, а также блок 14 обработки, базу 15 данных с клавиатурой 16 для введения наименования дефекта.
При этом входы блока 13 усреднения подключены к детектору 11 и преобразователю спектра 12, а выход через блок 14 обработки подключен к базе 15 данных. Выход приемника 4 акустических сигналов подключен к входу усилителя 8, соответствующий выход блока 3 управления - к другому входу блока 10 коррекции.
Моделирующий стенд дефектов буксовых узлов колесных пар для акустической диагностики используется следующим образом.
Колесную пару 1 с заданным дефектом или неисправностью, или повреждением буксового узла устанавливают на прокруточный станок 2. После чего с помощью блока 3 управления задают скорость вращения прокруточного станка 2. При этом блок 3 управления формирует управляющий сигнал для подключения к станку источника питания (не показан) и одновременно управляющий сигнал для подключения питающего напряжение 12 В к механизму 7 открывания шторки 6. Механизм 7 открывания приходит в движение, осуществляя открытие шторки 6.
При этом в базу данных 14 с помощью клавиатуры 15 вводят информацию о характере дефекта и/или неисправности, и/или повреждения буксового узла исследуемой колесной пары 1.
Чувствительный элемент приемника 4 акустических сигналов улавливает акустические шумы, создаваемые работающим буксовым узлом колесной пары, и преобразует их в электрический сигнал.
Электрические сигналы с выхода приемника 4 усиливают усилителем 8 и передают их на вход аналого-цифрового преобразователя 9, где осуществляется преобразование аналогового сигнала в цифровой.
При вращении колесной пары меняется расстояние между источником звука и приемником, за счет чего величина запаздывания звукового сигнала изменяется во времени, возникает эффект Доплера. Это приводит к смещению частотного спектра и изменению фазовых соотношений измеренного акустического сигнала.
Для устранения эффекта Доплера в блоке 10 коррекции осуществляют коррекцию координаты по оси времени для каждого дискретного значения звукового сигнала с учетом его запаздывания и скорости движения колесной пары. Информация о скорости вращения в блок 10 коррекции поступает с соответствующего выхода блока 3 управления.
Сигнал с выхода блока 10 коррекции поступает на вход цифрового детектора 11, который выделяет огибающую измеренного сигнала. В преобразователе 12 спектра осуществляют спектральный анализ огибающей измеренного сигнала. В качестве средства спектрального анализа сигналов используют быстрое преобразование Фурье в дискретной форме.
Для повышения точности исследований для каждого дефекта проводят измерения акустических сигналов не менее трех раз. В блоке 13 усреднения данные изменений накапливаются и при наличии не менее трех измерений осуществляется операция усреднения результатов временного и частотного анализа огибающей измеренного сигнала. Блок 14 обработки анализирует временную и частотную характеристики огибающей измеренного сигнала, определяет максимум огибающей акустического сигнала и его частотную характеристику, которая является сигнатурой заданного дефекта. В результате исследований акустических сигналов одного и того же дефекта с разной степенью его развития установили, что уровень амплитудной характеристики пика 1-й гармоники спектра огибающей является характерным признаком степени развития дефекта.
Выявляют также наличие пик-факторов кратных гармоник более высокого порядка, подтверждающих наличие дефекта, неисправности или повреждения буксового узла колесной пары.
В базе 15 данных для каждого дефекта, неисправности и повреждения буксового узла колесной пары формируют пакет данных характерных признаков в виде звуковых сигнатур, уровня амплитуды 1-й гармоники пика, пик-факторов кратных гармоник высокого порядка.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет формировать базу данных наиболее точных характерных признаков наиболее часто встречающихся дефектов, неисправностей и повреждений буксового узла колесной пары железнодорожного состава, используемых для акустической диагностики буксовых узлов колесных пар.