Особенности проведения работ по вибродиагностике ходовой части локомотивов
Шрифт:

1. Особенности проведения работ по вибродиагностике ходовой части локомотивов.

До середины девяностых годов специалисты по виброакустическому контролю состояния ходовой части эксплуатируемых локомотивов не имели аппаратуры для глубокого анализа шума и вибрации и полагались, в основном, на результаты простейших измерений и свой опыт. Контроль воздушного шума и вибрации проводился при вращении колесной пары в составе тележки с двумя КМБ (КРБ), поднимаемой на домкраты вместе с локомотивом при проведении текущего обслуживания ТО-3 или текущего ремонта ТР-1, проводимых через каждые 10 -50 тыс.км. пробега. Колесная пара вращалась от приводного электродвигателя собственного КМБ, низкочастотная вибрация подшипниковых узлов контролировалась с помощью стетоскопа, а среднечастотная – по шуму работающего узла. В некоторых локомотивных депо использовались и приборы для измерения (с преобразованием в среднечастотные звуковые колебания) ультразвуковой вибрации подшипников качения. Все это позволяло специалистам с большим практическим опытом достаточно эффективно обнаруживать подшипниковые узлы с подозрением на наличие дефектов, которые затем разбирались и проходили визуальную дефектацию, а при необходимости – контролировались методами магнитной и акустической дефектоскопии.

В конце прошлого столетия во многих локомотивных депо появилась применяемая в ряде отраслей аппаратура для вибрационной диагностики вращающегося оборудования по вибрации, которую стали использовать для контроля состояния и диагностики подшипниковых узлов КМБ (КРБ). Однако получаемые результаты оказались менее существенными, чем на предприятиях, диагностирующих постоянно работающее технологическое оборудование. Разбираться в причинах недостаточной эффективности диагностических систем поручили разработчикам средств диагностики. Им же предложили рассмотреть возможности создания бортовых систем вибрационной диагностики оборудования локомотивов.

Одним из основных поставщиков систем вибродиагностики в локомотивные депо ОАО «РЖД» является Ассоциация «ВАСТ», предприятия которой специализируются на вопросах глубокой диагностики и долгосрочного прогноза состояния роторного оборудования. Ее специалисты провели исследования по анализу имеющихся ограничений на эффективность эксплуатируемых в локомотивных депо комплексов диагностики подшипников качения. В программу этих исследований вошли следующие работы:

  • определение основных особенностей развития дефектов в подшипниках транспортных средств,
  • влияние особенностей работы стендов и приводов, используемых для вращения машин, на вибрацию объектов диагностики,
  • влияние нестандартных режимов работы машин на диагностические признаки дефектов их подшипниковых узлов,
  • оптимизация методов диагностики подшипников транспортных средств на разных стадиях развития дефектов.

Результаты этих исследований оказались в значительной степени неожиданными и стали причиной существенных изменений в разрабатываемых технических средствах и программном обеспечении для диагностики подвижного состава.

Так, к основным особенностям развития дефектов, требующим внесения изменений в используемые технологии диагностики, относятся:

  • невозможность контроля наработки элементов подшипника, так как в поступаемых на замену подшипниках часто используются элементы, уже выработавшие неизвестную часть своего ресурса,
  • наличие при эксплуатации колесных пар частых ударных нагрузок на колесную пару и подшипники КМБ (КРБ) из-за неровностей поверхности колеса и рельсовых путей, иногда приводящих к локальным изменениям механических свойств поверхностей качения подшипника,
  • частые пусковые режимы работы КМБ (КРБ), способствующие быстрому развитию ряда дефектов, прежде всего дефектов посадки подшипников в посадочных местах.
  • резкие перепады температур и как следствие обводнение смазки с потерей ее механических и смазывающих свойств.
  • электроожоги подшипников вследствие нарушения технологии сварочных работ или выходе из строя токоотводящих элементов.
  • воздействие на подшипники длительной статической нагрузки вследствие нарушения технологии нахождения локомотивов в запасе ОАО РЖД.

Таким образом, скорость развития дефектов в подшипниках КМБ (КРБ) может быть существенно выше, той, которая заложена в технологию долгосрочного прогноза состояния подшипников в оборудовании других отраслей промышленности, а также кузовного оборудования локомотивов. Кроме того, в жизненных циклах подшипников качения КМБ (КРБ) из-за большого разброса наработки элементов может отсутствовать цикл бездефектной эксплуатации, следующий за циклом приработки. Но в цикле бездефектной эксплуатации обнаруживаемые признаки дефектов в типовых программах прогноза состояния обычно относятся к группе признаков зарождающихся дефектов и не учитываются при определении гарантированной длительности бездефектной работы подшипника. Поэтому длительность долгосрочного прогноза безаварийной работы КМБ и КРБ по результатам вибрационной диагностики должна быть снижена по сравнению с типовой длительностью прогноза состояния роторного оборудования, работающего в стационарных условиях.

К стендам, на которых при наличии средств измерения и анализа вибрации может производиться диагностика узлов КМБ (КРБ) можно отнести:

  • стенд, включающий устройства подъема колесной пары (тележки с двумя блоками или локомотива в целом) и источник (источники) питания тягового двигателя (двигателей) на время проведения диагностических измерений,
  • роликовый (катковый) стенд, в котором колесная пара (тележка или локомотив в целом) устанавливается на ролики, имеющие собственный привод для их вращения вместе со статически нагруженными колесными парами,
  • стенд для вращения колесной пары локомотива в собственных подшипниках, с передачей крутящего момента от привода стенда на колесную пару через большую шестерню,
  • стенд для вращения тягового электродвигателя в собственных опорах с устройством, обеспечивающим нагрузку на двигатель или без нее.

Первые два стенда позволяют проводить диагностику КМБ (КРБ) во время проведения ТО без разборки, третий и четвертый, обычно находящиеся в ремонтных цехах, - во время выполнения ремонтных работ. Диагностику подшипников до их установки в КМБ (КРБ) проводят на специальных стендах прокрутки отдельных подшипников. Диагностика подшипников на каждом из стендов имеет свою специфику, которая должна учитываться в методике диагностики и, при  необходимости, в диагностическом программном обеспечении. Наибольшие изменения необходимо вносить в технологию диагностики подшипников качения КМБ и КРБ под локомотивом.

Так на стенде с подъемом локомотива на домкратах необходимо выбирать оптимальную для диагностики частоту вращения колесной пары. Дело в том, что достоверная диагностика подшипников качения по вибрации возможна лишь в случае, когда при проведении диагностических измерений в подшипнике действует статическая нагрузка на те зоны поверхностей качения, на которых образуются эксплуатационные дефекты. Нагрузка на поверхности качения подвешенной колесной пары изменяет направление, из-за чего в измеряемом сигнале вибрации могут отсутствовать признаки дефектов наружного кольца подшипника. Для исключения такой ситуации частота вращения колесной пары должна быть достаточно большой, чтобы центробежные силы, действующие на тела качения подшипников, существенно превышали силу их тяжести и выполняли функции статической нагрузки. В то же время частота вращения колесной пары не должна быть слишком высокой, чтобы центробежные силы, действующие на неуравновешенную колесную пару, были существенно ниже ее силы тяжести. Тогда при вращении колесной пары в подшипниках с зазором не будут появляться дополнительные ударные нагрузки, искажающие вибродиагностические признаки ряда дефектов. Как показывают результаты практической диагностики буксовых подшипников на подобных стендах, оптимальная для диагностики скорость вращения колесной пары локомотива находится в диапазоне 240 – 300 об/мин.

На роликовых (катковых) стендах статическая нагрузка на подшипники КМБ (КРБ) оптимальна для их диагностики, но зато в большинстве случаев действуют периодические ударные нагрузки на колесную пару и, соответственно, на диагностируемые узлы КМБ (КРБ). Причинами их действия являются кинематические силы, действующие на контактируемые поверхности колеса и роликов стенда из-за их неравномерного износа. Ударные нагрузки из-за некруглости контактной поверхности эксплуатируемой колесной пары настолько велики, что возбуждаемая ими вибрация подшипников часто существенно превышает подшипниковую вибрацию и не позволяет обнаруживать их дефекты, по крайней мере, на начальной стадии развития. Что касается ударных нагрузок из-за износа роликов стенда, то частота их вращения существенно отличается от частоты вращения элементов подшипника, и при небольшом износе роликов диагностические признаки дефектов подшипников можно выделить на фоне вибрации, возбуждаемой ударными нагрузками с частотой вращения роликов стенда.

Аналогичная ситуация имеет место и при диагностике подшипников КМБ (КРБ) бортовыми системами диагностики, кода ударные нагрузки на подшипники возникают как из-за некруглости поверхности качения колесной пары, так и из-за неровностей рельсового пути, в том числе стыков рельс.

Наконец, похожая ситуация возникает и при диагностике элементов КМБ (КРБ) на стендах ремонтных подразделений, когда вибрация привода, обеспечивающего вращение диагностируемого узла, передается на объект вибрационной диагностики, затрудняя выделение диагностических признаков дефектов. Более того, при малейших нарушениях в проектировании, изготовлении и эксплуатации стенда через механические, электромагнитные или гидродинамические устройства передачи крутящего момента на объект или с объекта на нагрузочные устройства изменяются статические и динамические нагрузки на диагностируемый узел, резко затрудняющие процесс диагностирования. Именно поэтому наиболее удачным решением можно считать вибрационную диагностику подшипников КМБ и КРБ на локомотиве, вывешенном на домкратах и вращающемся от собственного двигателя. На стендах ремонтных подразделений диагностику подшипников колесной пары до сборки КМБ (КРБ) лучше всего проводить в режиме ее свободного выбега. Диагностику подшипников тяговых электродвигателей на стенде лучше всего проводить в режиме холостого хода, без механической связи ротора с колесной парой или нагрузочными устройствами. Следует учесть, что технология вибрационной диагностики должна адаптироваться ко всем перечисленным случаям.

Еще ряд важных особенностей диагностирования КМБ и КРБ под локомотивом был выявлен в процессе проводимых исследований. Первая заключается в необходимости исключить влияние вибрации одного КМБ (КРБ) на диагностические признаки другого, установленного на той же тележке. Простейшим способом решения проблемы является вращение во время проведения диагностических измерений только одного КМБ (КРБ), более сложным – поддержание частот вращения двух блоков в определенном соотношении, под которое адаптируется диагностическая программа. Вторая особенность – необходимость учета относительно низких технологических требований, предъявляемых к качеству функционирования зубчатых зацеплений в КМБ (КРБ) из-за случайного подбора шестерен в состав зубчатых пар и отсутствия требований по вибрации и шуму зацеплений. Поэтому во многих КМБ (КРБ) ударные нагрузки в зацеплении могут быть настолько большими, что возбуждаемая ими вибрация намного превышает вибрацию подшипникового происхождения. В результате без специальной адаптации технологии диагностики и диагностических программ под такую специфику работы КМБ (КРБ) классические решения по диагностике зубчатых передач с подшипниками качения часто оказываются неэффективными. Третья особенность – учет заметных изменений диагностических признаков дефектов подшипников при быстром изменении температуры подшипниковых узлов во время измерений. Такая ситуация возникает в двух основных случаях – когда температура окружающей среды в помещении стенда существенно отличается от температуры локомотива, и когда отсутствует временной интервал между пуском КМБ (КРБ) и началом диагностических измерений. Такой интервал, как показывает практика, должен быть не менее 3-5мин.

 

предыдущая   1   2   3   4   5   6   7     следующая