МОДЕЛИРУЮЩИЙ СТЕНД ДЕФЕКТОВ БУКСОВОГО УЗЛА КОЛЕСНОЙ ПАРЫ

Полезная модель к устройствам, осуществляющим формирование базы данных характерных признаков, свойственных определенным развивающимся дефектам, неисправностям и повреждениям буксового узла колесной пары, и может быть использована 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 l7/10). 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 полезной модели 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 буксовых узлов содержит колесную пару с заданным дефектом или неисправностью или повреждением буксового узла, установленную на прокруточном станке, блок управления, один из входов которого подключен к управляющему входу 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/закрывания которой расположен в самом боксе и подключен управляющим входом к соответствующему выходу блока управления приводом механизма открывания/закрывания шторки, последовательно соединенные суммирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок коррекции и процессор, выходы которого подключены к входам блока отображения, печатающего устройства и блока управления приводом, а также источник сигналов, имитирующих шумы, создаваемые движущимся поездом, выходом подключенный к одному из входов усилителя, другой вход которого соединен с выходом приемника акустических сигналов, при этом соответствующие входы/выходы процессора подключены к блоку памяти, а второй выход блока управления - ко второму входу блока коррекции.
Сущность заявленной системы поясняется рисунком на фиг 1.
Моделирующий стенд включает колесную пару 1 с заданным дефектом буксового узла 16, установленную на прокруточном станке 2, управляемым вход которого подключен к одному из выходов блока 3 управления, установленного в специальном шкафу управления, размещенный в измерительном боксе 4 приемник 5 акустических сигналов, чувствительный элемент которого установлен на высоте расположения буксового узла 16 колесной пары 1. Одна из сторон бокса 4, обращенная к буксовому узлу 16 колесной пары 1, снабжена шторкой 6, механизм 7 открывания/закрывания которой расположен в самом боксе 4 и подключен управляющим входом к выходу блока 8 управления приводом механизма 7 открывания/закрывания шторки 6.
Стенд включает также последовательно соединенные суммирующий усилитель 9, аналого-цифровой преобразователь 10, блок 11 коррекции и процессор 12, выходы которого подключены к блоку 13 отображения и к печатающему устройству 14 и блоку 8 управления приводом. Соответствующие входы/выходы процессора 12 подключены к блоку 15 памяти.
К одному из входов усилителя 9 подключен выход приемника 5 акустических сигналов, к другому входу - выход источника 17 сигналов, имитирующих шумы, создаваемые движущимся поездом. Другой выход блока 3 управления подключен ко второму входу блока 11 коррекции.
Моделирующий стенд дефектов буксовых узлов используется следующим образом.
Испытуемую колесную пару 1 с заданным дефектом или неисправностью или повреждением устанавливают на прокруточный станок 2, а измерительный бокс 4 с приемником акустических сигналов 5 -напротив буксового узла 16 колесной пары 1 на расстоянии не более 1,5 м от него. С помощью блока 3 управления задают скорость прокруточного станка 2, а, следовательно, и скорость вращения колесной пары 1. Одновременно подключают питающее напряжение к электронным компонентам стенда.
При этом процессор 12 формирует управляющий сигнал и подает его на вход блока 8 управления приводом механизма 7 открывания шторки 6 измерительного бокса 4, который приводит в рабочее состояние механизм 7 открывания шторки. Шторка 6 открывается.
Измерения проводят в два этапа.
На первом этапе измеряют акустические сигналы, создаваемые работающим буксовым узлом колесной пары 1. На втором этапе - при измерении акустических сигналов, создаваемых работающим буксовым узлом колесной пары, дополнительно вводят в тракт измерения сигналы имитирующие шумы, создаваемые движущимся поездом.
При измерениях чувствительный элемент приемника 5 акустических сигналов улавливает акустические шумы, создаваемые работающим буксовым узлом колесной пары, и преобразует их в электрический сигнал.
На первом этапе измерений электрические сигналы с выхода приемника 5 усиливаются усилителем 9, который передает их на вход аналого-цифрового преобразователя 10, где осуществляется преобразование аналогового сигнала в цифровой. С выхода преобразователя 10 сигналы подаются на вход блока 11 коррекции.
Как известно, 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 измеренного акустического сигнала.
В блоке 11 коррекции для устранения эффекта Доплера осуществляют коррекцию координаты по оси времени для каждого дискретного значения измеренного сигнала. Информация о скорости вращения колесной пары 1 поступает в блок 11 коррекции с соответствующего выхода блока 3 управления.
Откорректированный сигнал направляют в процессор 12. Процессор 12 выделяет огибающую измеренного сигнала с последующим ее спектральным анализом. Полученные временную и частотную характеристики огибающей измеренного сигнала процессор 12 анализирует, определяет максимум огибающей измеренного 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-ой гармоники спектра огибающей измеренного сигнала является характерным признаком степени развития дефекта.
Процессор 12 выявляет также наличие пик-факторов кратных гармоник более высокого порядка, подтверждающих наличие дефекта, неисправности или повреждения буксового узла колесной пары.
Полученные амплитудные и частотные характеристики отображают на мониторе блока 13 отображения и распечатывают с помощью печатного устройства 14.
Базе 15 данных для каждого дефекта, неисправности и повреждения буксового узла колесной пары формирует пакет данных характерных признаков в виде звуковых сигнатур, уровня амплитуды 1-ой гармоники пика, пик-факторов кратных гармоник высокого порядка.
Для оценки влияния посторонних шумов, возникающих в процессе движения поезда вдоль пункта акустического контроля, проводят второй этап измерений.
На втором этапе измерений в процесс измерения включают сигналы, имитирующие шумы, возникающие в процессе движения поезда вдоль пункта акустического контроля. Для чего на один вход суммирующего усилителя 9 подают сигналы с выхода микрофона 5, а на другой - сигналы с выхода источника 17 сигналов, имитирующих шумы, возникающие в процессе движения поезда вдоль пункта акустического контроля. В усилители эти сигналы суммируются, усиливаются и подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 10.
На втором этапе после получения амплитудной и частотной характеристик огибающей сигналов измерения процессор 12 запрашивает аналогичные характеристики для исследуемого дефекта в блоке 15 памяти, анализирует представленные характеристики. Это позволяет оценить влияние на процесс измерения посторонних шумов, возникающих в реальных условиях акустического контроля буксовых узлов колесных пар.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет формировать базу данных характерных признаков наиболее часто встречающихся дефектов, неисправностей и повреждений буксового узла колесной пары железнодорожного состава, используемых для акустической диагностики буксовых узлов колесных пар, с учетом реальных условий акустического контроля буксовых узлов колесных пар.