Диагностика и ремонт экипажной части тепловоза ЧМЭ3

В переходной период предусмотреть возможность применения различных профилей бандажей колёсных пар под одним локомотивом.

Предусмотреть срочное приобретение упругих элементов и оздоровление буксовых поводков.

Оснастить участок технического осмотра и ремонта пружин и листовых рессор специализированными измерительными стендами для определения параметров жесткости.

Внедрить технологию развески локомотива.

- Ввести контроль геометрии рам тележек и восстановление размеров

3.1.5 Ультразвуковой дефектоскоп УД2-12

Ультразвуковой дефектоскоп УД2-12 обеспечивает обнаружение несплошностей в различных металлах или пластмассах теневым или эхо-методом.

Из многих параметров дефектоскопа необходимо выявить основные, определяющие его пригодность для контроля деталей вагонов и локомотивов. Такими параметрами в первую очередь являются максимальная глубина (дальность) прозвучивания и чувствительность, а также эргономические показатели: размер экрана, масса, габариты, простота управления. Основные параметры ультразвукового дефектоскопа УД2-12, которыми оснащаются ремонтные предприятия МПС, приведены на ватмане 1

Дефектоскоп содержит следующие основные узлы: генератор импульсов возбуждения (ГИВ), устройство приемное (УП), блок развертки (БР), измеритель отношений (ИО), блок цифрового отсчета (БЦО), блок автоматического сигнализатора дефектов (ЛСД), блок электронно-лучевой трубки ОПТ), блок питания (БП). Отличительные особенности дефектоскопа УД2-12 связаны с функциональными возможностями блоков ИО, БЦО, АСД и. Упрощенная функциональная схема дефектоскопа УД2-12. приведена на ватмане

Блок измерителя отношений позволяет измерить и отобразить в цифровом виде уровень сигнала от дефекта в децибелах. Входящая в его состав и управляющая работой усилителя схема временной регулировки чувствительности (ВРЧ) предназначена для выравнивания уровней сигналов, наблюдаемых на экране ЭЛТ, полученных от одинаковых отражателей, расположенных на различных дальностях от преобразователя.

Наличие в дефектоскопе блока цифрового отсчета обеспечивает возможность определения расстояний до отражателей, не превышающих 999 мм, или времени распространения ультразвука (в микросекундах).

Дефектоскоп УД2-12 содержит одноканальный трехпороговый ЛСД. Он срабатывает при превышении амплитуды видеосигнала, находящегося в заданной зоне контроля какого-либо из трех различных пороговых уровней. При этом загорается зеленый, желтый или красный транспарант на передней панели дефектоскопа.

Питание дефектоскопа может осуществляться от сети переменного тока 220 В, а также от аккумулятора или батареи напряжением 12 В. При работе от сети 220 В обязательным является заземление дефектоскопа.

Дефектоскоп УД2-12 комплектуется ультразвуковыми пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП) с частотами ультразвука 1,25; 1,8; 2,5; 5,0 и 10 МГц (прямые), а также наклонными ПЭП на частоты от 1 ,25 до 5,0 МГц с углами ввода ультразвука в стали 40, 50, 65° и на частоте 5,0 МГц дополнительно 70°. Следует заметить, что дефектоскоп УД2-12 комплектуется ПЭП новой конструкции. Поэтому ранее выпускавшиеся ПЭП из комплектов дефектоскопов УД-10П и УД-11ПУ совместно с дефектоскопом УД2-12 быть использованы не могут (возможно их использование после переделки сигнального кабеля). Кроме того, если на ранее выпускавшихся преобразователях указывались углы призмы, то на ПЭП к дефектоскопу УД2-12 указаны углы ввода ультразвука в стали. Это важное различие следует всегда помнить при работе с наклонными преобразователями.

Контроль бандажей колес

Контроль бандажей ведут при «поисковой чувствительности дефектоскопа», которая на 6-8 ДБ превышает «браковочный режим».

Бандаж очищаю от грязи и смазывают трансмиссионным маслом.

Преобразователь П121 подключают к дефектоскопу, устанавливают на боковую поверхность бандажа (на уровне поверхности катания, см. рис. 1,3) и перемещают (сканируют) в этой плоскости по траектории «змейки» с продольным шагом 80-120мм и поперечным шагом 15-20мм. При этом ведут наблюдения за зоной контроля, находящейся на линии развертки между делениями 0,4 и 3,7 .

При появлении в зоне контроля сигнала, добиваются его наибольшей амплитуды, путем изменения положения сигнала и после этого устанавливают «браковочную» чувствительность.

Бандаж бракуют, если амплитуда эхо-сигнала в зоне контроля выше половины вертикальной шкалы экрана (измерение - при «браковочной» чувствительности).

Контроль зоны гребня бандажа

Для контроля зоны гребня бандажа используют наклонный преобразователь - 11121-2,5-40-002 с углом ввода ультразвука 40° и частотой ультразвука 2,5 МГц.

Следует иметь в виду, что конструкция наклонных преобразователей за счет использования ультразвуковой призмы вносит задержку распространение ультразвука по сравнению с другими преобразователями, поэтому для определения расстояния до отражателей при работе с наклонными преобразователями следует учитывать эту задержку (для преобразователей П121-2,5-40-002 величина этой задержки для стали эквивалентна дальности до отражателя 15 мм).

Для определения браковочного режима чувствительности преобразователь П121-2,5-002 устанавливают на внутреннюю (со стороны гребня) боковую плоскость контрольного образца.

После обнаружения на экране эхо-сигнала от контрольного отражателя необходимо, перемещая преобразователь по боковой плоскости бандажа, установить его в положение, при котором амплитуда сигнала максимальна ( положение наилучшей «видимости» отражателя). Устанавливать кнопки аттенюатора дефектоскопа в положение, при которых высота эхо-сигнала от контрольного отражателя составляет половину вертикальной шкалы экрана дефектоскопа. Полученная при этом чувствительность считается «браковочной». Ее значение в дБ равно сумме цифр, соответствующих нажатым кнопкам аттенюатора, и должно быть зафиксировано в таблице 3.

Технологический процесс ультразвукового контроля гребня бандажей.

Установить «поисковую» чувствительность дефектоскопа. Для этого значения «ослабления» аттенюатора устанавливают на 6-10 дБ меньше значения «браковочной» чувствительности.

Перед проведением контроля очищают от загрязнений боковую плоскость бандажа (со стороны гребня) и смазывают контактной жидкостью. Преобразователь Ш21-2,5-40-002 подключить к дефектоскопу, установить на боковую плоскость бандажа с углом разворота относительно радиуса колеса примерно 50 градусов. Сканирование производят по всей длине окружности колеса до возвращения в исходную позицию.

Сканирование ведут при поисковой чувствительности дефектоскопа. При этом преобразователь П121-2,5-40-002 перемещают по траектории «змейка» с шагом 12-15мм (рис.6). При перемещении «сканировании» преобразователя допускается отключения значение угла разворота преобразователя в пределах ±10 градусов.

При появлении в зоне контроля сигнала, с целью принятия решения о браковке, установить «браковочную» чувствительность дефектоскопа, и при положении преобразователя, соответствующей наибольшей амплитуде сигнала, оценить факт «браковочного» уровня. Бандаж подлежит браковке, если амплитуда эхо-сигнала превышает половину высоты вертикальной шкалы экрана.

3.2 Неисправности буксового узла

Буксы в процессе эксплуатации могут иметь следующие неисправ- ности: грение букс, ослабление заклепок сепаратора роликового подшипника, трещины и выкрашивание металла на поверхности качения и торцах роликов, разрыв внутренних колец подшипников, износ опорных мест под балансиры и опорных мест осевого упора.

Грение буксы с роликовым подшипником возникает в результате неправильного ее монтажа, неисправности самих подшипников, и недостатка или излишка смазки. Ослабление или срез заклепок сепаратора роликоподшипника является следствием недоброкачественного металла заклепок и их клепки. Трещины и выкрашивание металла на поверхности качения и на торцах роликов происходят при неправильной технологии изготовления; разрыв внутренних колец роликовых подшипников -- при посадке их с большим натягом или неправильной термической обработке.

3.2.1 Диагностика буксового узла

Используемая в настоящее время стратегия технического обслуживания и ремонта базируется, как правило, на критерии минимизации суммарных расходов за ремонтный цикл. При этом оптимальные сроки выполнения плановых видов ремонта таковы, что всегда имеется определенная вероятность отказа ряда агрегатов до постановки технического средства на ремонт.

В буксах железнодорожного подвижного состава работают миллионы подшипников качения. Проблемы повышения их работоспособности и долговечности относятся к первостепенным для железнодорожного транспорта, так как отказы буксовых подшипников в процессе эксплуатации не только приводят к нарушению ритмичности работы транспорта, но и несут прямую угрозу безопасности движения поездов.

Результаты анализа отказов подвижного состава по Московской железной дороге показывают, что на буксовый узел приходится 3,2 % порчи и 3,8 % непланового ремонта от общего количества отказов по дороге. При ревизии буксовых подшипников первого объема в локомотивном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги бракуется практически каждый шестой из числа осмотренных подшипников, поэтому наряду с переходом к новым конструкциям буксовых узлов и подшипников целесообразны теоретические и экспериментальные исследования возможности реализации неиспользованных резервов работоспособности хорошо освоенных и широко применяемых цилиндрических роликовых подшипников.

С постоянным увеличением числа подшипников качения, применяемых на подвижном составе, повышаются и требования к их обслуживанию и достоверности контроля. В связи с этим эксплуатирующие и научные организации поставили перед собой задачи по разработке эффективных методов диагностирования подшипников.

В условиях напряженной работы железнодорожного транспорта необходимы технические средства, которые позволили бы без разборки узлов определить состояние подшипников, контролировать их основные параметры и прогнозировать работоспособность.

В настоящее время для контроля технического состояния буксового узла применяются методы виброакустический, контроля теплового состояния и спектрального анализа пластичной смазки. При реализации любого из этих методов неизбежно наличие пропуска дефектов, что в отношении такого ответственного узла, как букса, крайне опасно. Именно поэтому в локомотивных депо при организации системы диагностирования букс локомотивов применяются все три метода, гармонично дополняющие друг друга. Основной задачей при контроле букс является повышение достоверности результатов диагностирования.

Разработка системы диагностирования буксовых подшипников включает в себя выявление закономерностей изменения параметров, определение характеристик их изменения и связи с параметрами технического состояния, установление нормативных значений диагностических параметров.

В настоящее время действует «Инструкция по контролю качества пластичной смазки из буксовых подшипников локомотивов» ЦТЧС-53 от 17.07.85, которой предусмотрена технология контроля качества пластичной смазки роликовых букс локомотивов и установлены браковочные нормы содержания примесей в смазке буксового подшипника. Обобщенный подход к оценке технического состояния роликовых букс локомотивов без учета конструктивных особенностей подшипников локомотивов различных серий сводит к минимуму вероятность достоверности результата диагноза.

3.2.2 Составные части комплекта виброизмерительной аппаратуры

Датчики вибрации.

Датчики предназначены для преобразования механической вибрации в аналоговый электрический сигнал. Наибольшее распространение получили три типа датчиков: пьезодатчики (пьезоэлектрические акселерометры), индукционные датчики и токовихревые датчики.

Пьезодатчики.

Используются для измерения абсолютной вибрации. Принцип действия этих датчиков основан на пьезоэффекте: генерации электрического сигнала, пропорционального ускорению при сжатии или растяжении пьезокристалла,

Положительными качествами этих датчиков являются:

* широкий диапазон частот работы;

* прочность конструкции;

* компактность;

Недостатки:

* возможна перегрузка предусилителя.

Индукционные датчики.

Используются для измерения абсолютной вибрации. Принцип действия индукционных датчиков основан на эффекте электрической индукции, т.е. генерации электрического сигнала, пропорционального скорости, в катушке которая движется относительно постоянного магнита.

Положительными качествами этих датчиков являются:

* высокий уровень выходного сигнала, позволяющий не применять предусилители;

* большое отношение сигнал/шум;

Недостатки:

* большие, по сравнению с пьезодатчиками, размеры и вес;

* ограниченный частотный диапазон измерений и диапазон рабочих температур;

* относительно высокая стоимость.

Токовихревые датчики.

Используются для измерения относительной вибрации.

Положительными качествами этих датчиков являются:

* возможность непосредственного измерения колебаний и положения ротора относительно подшипников;

* низкий порог чувствительности: возможность измерения малых уровней колебаний вала;

Недостатки:

* сложность установки;

* сложность настройки.

Рассмотрим подробнее пьезодатчики. Пьезодатчик является универсальным вибродатчиком, в настоящее время применяемым почти во всех областях измерения и анализа вибрации в промышленности. Эксплуатационные параметры пьезодатчиков в общем случае лучше, чем у любого другого типа вибродатчиков. Пьезодатчики отличаются широким рабочим динамическим и частотным диапазонами измерений, прочной конструкцией, надежностью и высокой стабильностью параметров.

Так как пьезодатчики являются активными датчиками, генерирующими пропорциональный ускорению механических колебаний электрический сигнал, при их эксплуатации не требуется источник питания. Отсутствие движущихся элементов конструкции исключает возможность износа и гарантирует исключительную долговечность пьезодатчиков. Отметим, что отдаваемый пьезодатчиком сигнал, пропорциональный ускорению, можно интегрировать с целью измерения и анализа виброскорости и виброперемещения механических колебаний.

Основной частью пьезодатчика является чувствительный элемент из пьезоэлектрического материала, в качестве которого используется искусственно поляризованная ферроэлектрическая керамика. Подвергаемый действию силы (при растяжении, сжатии или сдвиге) пьезоэлектрический материал генерирует на своих поверхностях, к которым прикреплены электроды, электрический заряд, пропорциональный воздействующей силе.

Конструкция датчика предусматривает наличие инерционной массы, воздействующей на пьезоэлемент с силой, пропорциональной ускорению механических колебаний в соответствии с законом Ньютона, согласно которому сила равна произведению массы и ускорения,

Рис. 10 Конструкция пьезодатчика.

На частотах, значительно меньших резонансной частоты общей системы масса -- пружина ускорение инерционной массы совпадает с ускорением его основания и, следовательно, отдаваемый пьезодатчиком электрический сигнал пропорционален ускорению воздействующих на него механических колебаний.

Представленный на рынке широкий ассортимент вибродатчиков способен удовлетворить различные запросы пользователя.

При приобретении определенного типа датчика всегда приходится выбирать компромиссное решение с учетом стоимости, порога чувствительности и предела измерений акселерометра, частотного диапазона измерений и размеров, расположения разъемов, многокомпонентности направлений измерения вибрации, условий эксплуатации и ряда других факторов. Обычно наиболее выгодные -- группа пьезодатчиков "общего назначения", удовлетворяющая требованиям ] большинства областей измерения и анализа механических колебаний. И все же не рекомендуется замыкаться при приобретении диагностической аппаратуры ] только датчиками "общего назначения", поскольку все ситуации в процессе проведения периодического вибромониторинга предусмотреть невозможно.

Малогабаритные акселерометры при отличном частотном диапазоне | измерений и миниатюрности имеют сравнительно низкий коэффициент преобразования (высокий порог чувствительности) и применяются для измерения колебаний с большими амплитудами и высокими частотами, а также при исследовании легких конструкций, каркасов, панелей и др.

Промышленные акселерометры идеально приспособлены для эксплуатации в стационарных системах для контроля и мониторизации механических колебаний в неблагоприятных условиях окружающей среды, в том числе во взрывоопасных средах. Их отличают прочная конструкция корпуса и разъемов (уплотнений), надежность при непрерывной эксплуатации, нормализованная чувствительность, высокая помехозащищенность, передача сигнала на большие расстояния. Некоторые имеют встроенный предусилитель.

Как правило, крепятся они с применением трех болтов и в этом их достоинство (для постоянного мониторинга) и недостаток (для периодических измерений).

Высокотемпературные акселерометры, обычно как часть промышленных систем специального назначения, имеют специальный чувствительный элемент (пьезокристалл), как правило, естественного происхождения, позволяющий работать до 400...500 С° и специальный кабель, соединенный с датчиком без разъема. Эти датчики отличает высокая стоимость и, обычно, более низкий коэффициент преобразования, по сравнению с аналогами по габаритам, за счет применения естественного пьезокристалла.

Многокомпонентные акселерометры содержат в общем уплотненном корпусе реже два, а обычно три пьезоэлемента, измерительные оси которых направлены перпендикулярно друг относительно друга. Такой датчик одновременно воспринимает вибрацию в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Его существенное преимущество в том, что для проведения трех измерений датчик необходимо крепить лишь один раз.

Основными параметрами, положительно влияющими на приобретение того или иного типа вибродатчика, являются:

* высокий коэффициент преобразования, т.е. способность при воздействии нормированных колебаний генерировать как можно более высокий электрический сигнал; достигается (при прочих равных условиях) увеличением размеров пьезоэлемента и, следовательно, увеличением размеров и собственной массы частей и акселерометра в целом, что в итоге приводит к снижению верхней границы частотного диапазона измерений;

* широкий частотный диапазон измерений, т.е. способность акселерометра правильно измерять как существенно низкочастотные, так и высокочастотные механические колебания агрегата; верхний предел частотного диапазона измерений определяется частотой установочного резонанса; как эмпирическое правило можно принять, что относительная погрешность акселерометра (при Нормальных Условиях) при принятии верхнего предела рабочего частотного диапазона равным 1/5 от величины резонансной частоты не превышает 6%, а при 1/3 -- 12%; нижний предел частотного диапазона измерений определяется двумя факторами: нижней частотой среза предусилителя, применяемого с акселерометром и влиянием быстрых изменений температуры окружающей среды, поскольку все пьезоэлементы к ней чувствительны;



Рис. 11. Коэффициент преобразования акселерометра и рабочий диапазон в зависимости от размеров пьезоэлемента при прочих равных условиях.

* широкий диапазон измерений, т.е. способность акселерометра работать в области как высоких, так и низких уровней вибрации; нижний предел диапазона измерений чаще определяется не характеристиками пьезоэлемента, а качеством соединительных кабелей и разъемов, усилительными каскадами и электрическим шумом (для работы в области особо низких частот применяются специальные сейсмодатчики); верхний предел диапазона измерений акселерометра определяется прочностью его конструкции и способами его крепежа;

* размеры и собственная масса (миниатюрность), т. е. возможность применения акселерометра для измерения вибрации труднодоступных мест и легких объектов; важно следовать правилу, что масса вибродатчика не должна превышать десятую част

ь динамической массы объекта, на котором он закреплен.

3.2.3 Диагностика КМБ с использованием комплекса вибродиагностики “Прогноз-1”

Комплекс предназначен для определения технического состояния и остаточного ресурса подшипников качения и зубчатых передач путем измерения, обработки, регистрации и анализа сигналов вибрации и частоты вращения механических узлов после проведения одного цикла измерений.

Оценка технического состояния подшипников производится путем определения относительной количественной оценки (ОКО) развития следующих основных дефектов:

- обкатывание наружного кольца (повышенная вращающаяся нагрузка на подшипник, неуравновешенность ротора, бой вала);

-неоднородный радиальный натяг (является обычно дефектом сборки, в частности, следствием посадки подшипника на вал, диаметр которого больше допустимого, перекоса вращающегося кольца, повышенной осевой нагрузки на подшипник);

-перекос наружного кольца (возникает обычно при монтаже подшипника из за дефектов посадочного места);

- износ наружного кольца (почти всегда происходит локально, изменяя коэффициент трения качения на отдельных участках поверхности наружного кольца);

- раковины (трещины) на наружном кольце (диагностические признаки раковины и трещины практически совпадают);

- износ внутреннего кольца (как правило происходит локально, но зона повышенного коэффициента трения захватывает область, превышающую расстояние между точками контакта ближайших двух тел качения);

-раковины на внутреннем кольце;

-износ тел качения и сепаратора (относится к наиболее опасным дефектам, так как развивается достаточно быстро);

-раковины и сколы на телах качения (относится к числу наиболее опасных и наиболее быстро развивающихся дефектов);

-дефекты группы поверхностей качения ;

-проскальзывание кольца в посадочном месте (является достаточно редким дефектом и может обнаруживаться лишь в том случае, если проскальзывание происходит в момент измерения вибрации) ;

-недостаток смазки (дефекты смазки) ;

Каждый из обнаруженных дефектов, в соответствии с установленным порогом относительной количественной оценки, относится к одному из следующих классификационных состояний подшипника: "СЛАБЫЙ ДЕФЕКТ" (обнаружены признаки зарождающегося дефекта не препятствующие дальнейшей эксплуатации); "СРЕДНИЙ ДЕФЕКТ" (зарождающийся дефектна которым следует продолжить наблюдение при дальнейшей эксплуатации), "СИЛЬНЫЙ ДЕФЕКТ (развитый дефект, который требует ограничения по срокам следующей проверки), "ЗАМЕНИТЬ ПОДШИПНИК" (дальнейшая эксплуатация подшипника может привести к его разрушению).

Метод диагностирования подшипников качения работающей машины, заложенный в программу, основан на анализе вибрации, создаваемой силами трения в подшипниках.

Специфика сил трения качения во вращающихся машинах такова, что при отсутствии дефектов в подшипниках силы трения в них стабильны по времени. При недостаточной точности изготовления подшипника, его монтажа в посадочном месте, а также при износе поверхности трения, сила трения в этом подшипнике перестает быть стабильной и зависит от угла поворота вращающегося кольца или сепаратора.

Постоянная сила трения возбуждает случайную вибрацию подшипника в широкой полосе частот. Максимум ее спектральной плотности обычно приходится на частоты порядка 2--10 КГц. Частота спектральной плотности зависит в первую очередь от скорости вращения и размеров подшипника, качества поверхностей трения и смазки. При появлении дефектов, а следовательно нестабильности силы трения, возбуждаемая случайная вибрация становится нестационарной, т.е. величина спектральной плотности на любой частоте периодически изменяется во времени. Именно нестационарность случайной вибрации подшипниковых узлов является объективным признаком появления дефектов трущихся поверхностей в подшипниках качения.

Периодичность диагностических измерений для подшипников качения в программах АО ВАСТ определяется двумя различными способами. Первый относится к массовому диагностическому обслуживанию по однократным измерениям спектра огибающей вибрации. В этом случае периодичность измерений определяется разработчиками пакета программ на основании данных диагностики более 100 тысяч подшипников в разных отраслях промышленности. Оптимальная периодичность измерений связана с данными о среднем ресурсе подшипника в конкретных машинах пользователя, и этот ресурс задает сам пользователь при конфигурировании конкретной точки измерения (диагностируемого узла). Как показывают многолетние исследования, если в подшипнике нет скрытых дефектов изготовления и его правильно эксплуатируют, нижняя граница безаварийной работы в случае, когда подшипник не имеет по крайней мере средних дефектов монтажа и износа, составляет 20-25% от его среднего ресурса. Однако, учитывая тот факт, что даже при неработающей машине могут происходить структурные изменения состояния смазки подшипника, разработчики установили максимальный интервал между диагностическими измерениями для бездефектных подшипников, равный 6 месяцам. Снижение рекомендуемого интервала производится в том случае, если установленный пользователем средний ресурс подшипника ниже 2,5 лет, и в том случае, когда по результатам диагностики обнаружены средние или сильные дефекты.

Второй способ выбора интервалов между диагностическими измерениями используется при диагностике ротора (линии вала) с подшипниками качения по периодическим измерениям спектров вибрации и ее огибающей. В этом случае интервалы между измерениями вибрации бездефектных машин устанавливает пользователь, исходя из имеющейся у него информации о скоростях развития дефектов. Рекомендуемый интервал составляет один -три месяца, но он может быть откорректирован как в меньшую, так и в большую сторону с учетом тех затрат на работы по диагностике, которые пользователь может допустить, а также с учетом периодичности проведения профилактического обслуживания машин.

Если в диагностируемом узле обнаружены изменения состояния, соответствующие появлению одного среднего дефекта, рекомендуемый интервал сокращается в два раза. Изменения, соответствующие появлению двух средних или одного сильного дефекта, приводят к автоматическому снижению рекомендуемого интервала между измерениями еще в 3 раза. В более сложных случаях предлагается либо заменить (отремонтировать) диагностируемый узел, либо, если вероятность аварийного выхода узла из строя не слишком велика, программа сокращает исходный интервал между измерениями в 10 раз. В том случае, когда количества измерений, выбираемых программой для автоматической диагностики, не хватает для постановки диагноза по периодическим измерениям, предлагается произвести повторное измерение через 20% от установленного пользователем интервала для бездефектных машин.

Основной рекомендацией по выбору режима работы машины при диагностике подшипников качения является обеспечение одной и той же скорости ее вращения во время каждого из периодических измерений вибрации. Для диагностики используются только те группы измерений, которые уложились по частоте в диапазоне ±10% от среднего значения. Для многоскоростных машин рекомендуется выбирать тот режим, в котором она работает наиболее продолжительное время, т.е. номинальный режим работы машины. Если пользователь не может обеспечить измерение вибрации подшипниковых узлов в номинальном режиме работы, он может выбрать любой из режимов, в котором условия смазки подшипника укладываются в технические требования, предъявляемые к нормальной работе подшипника качения.

Еще одной рекомендацией по выбору режима работы является отсутствие динамических нагрузок на подшипник от других узлов машины, особенно если эти нагрузки имеют ударный характер. При необходимости пользователю рекомендуется отключать на время измерений те узлы машины, которые могут создать ударные нагрузки на подшипник. Наиболее удобным является режим работы машины без нагрузки на холостом ходу.

Во время выполнения диагностических измерений необходимо обеспечивать стабильность частоты вращения машины..

Все дефекты, автоматически обнаруживаемые при обработке данных измерений, по глубине делятся на три группы: слабые (I), средние (М) и сильные (S).

Все пороговые значения, используемые для обнаружения, идентификации вида и определения глубины дефекта, задаются пользователем, однако в программе или инструкции по ее использованию всегда приводятся рекомендуемые значения порогов, основанные на имеющихся у разработчиков статистических данных по диагностике подшипников с последующей их визуальной дефектацией.

Величина рекомендуемого порога сильного дефекта составляет 20 дБ над средним уровнем соответствующей составляющей спектра. Рекомендуемое значение порога среднего дефекта в два раза меньше и составляет 10 дБ.

Опыт диагностики различных машин и оборудования позволяет утверждать, что предлагаемые пороговые значения при стабильном режиме работы минимизируют вероятность ошибочных решений, которая является суммой вероятностей пропуска дефекта и ложного срабатывания. При диагностике подшипников качения многорежимных машин оператор может установить более высокие пороги. Если машина непрерывно работает при относительно стабильных внешних условиях (температура, влажность и т.п.), а ее частота вращения и нагрузка не изменяются, значения порогов можно снизить. Это даст возможность обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития, но требует принятия индивидуальных решений о продолжении эксплуатации машины, если программой обнаружены сильные дефекты. Дело в том, что к множеству подшипников с сильными дефектами в этом случае программа относит и те, в которых глубина дефекта еще не дошла до аварийноопасных значений.

При диагностике подшипников качения по спектру огибающей задается три пороговых значения для каждого из видов дефектов, за исключением дефектов смазки, для которых, как и в предыдущем случае, задаются пороги сильного и среднего дефектов.

Пороги определяются в величинах (процентах) глубины модуляции для всех дефектов, кроме дефекта смазки, для которого они определяются в приращениях уровня высокочастотной вибрации, измеряемой в дБ виброускорения. Пользователю рекомендуется уточнять исходные пороги сильных дефектов по мере накопления информации о их величине, получаемой при дефектации подшипников во время ремонтов.

В качестве отправных можно рекомендовать значения порогов сильных дефектов, составляющих для дефектов смазки 20 дБ, а для остальных видов дефектов 20% (по глубине модуляции). Пороги средних дефектов определяются автоматически, как среднее значение от порога сильного и слабого дефектов. Для дефектов смазки порог слабого дефекта отсутствует, а порог среднего дефекта составляет 10 дБ. Порог слабого дефекта по глубине модуляции всегда определяется автоматически и зависит от чувствительности диагностической аппаратуры, используемой для выделения слабых гармонических составляющих на фоне случайных составляющих спектра белого шума.

Многие дефекты, обнаруживаемые и идентифицируемые при диагностике подшипников качения по однократным измерениям спектра огибающей вибрации. Эти признаки можно использовать для распознавания дефекта в случае, если этот дефект единичен, т.е., при условии отсутствия в данное время развитых дефектов в других узлах диагностируемого объекта, например дефектов вала соединительной муфты, зубчатой передачи и т.д..

Бой вала или обкатывание наружного (неподвижного) кольца подшипника не является дефектом собственно подшипника, а свидетельствует лишь о режиме его работы с повышенной вращающейся нагрузкой на подшипник, снижающем его ресурс. В машинах с горизонтальным валом этот дефект указывает либо на сильную неуравновешенность ротора, либо на бой вала. В машинах с вертикальным валом обкатывание является естественным режимом работы подшипника, не снижающим его ресурс. Признаком этого режима работы подшипника является появление в спектре огибающей вибрации небольшого (до трех-четырех) числа гармонических составляющих вибрации с частотами kf_вp, из которых максимальные амплитуды приходятся на 1-3 гармонику.

Рис. 12 Спектр огибающей вибрации при обкатывании наружного (неподвижного) кольца подшипника

Неоднородный радиальный натяг подшипника является обычно дефектом его сборки, в частности, следствием посадки подшипника на вал, диаметр которого больше допустимого, перекоса вращающегося кольца, повышенной осевой нагрузки на подшипник. Признаком этого дефекта является рост гармонических составляющих в спектре огибающей вибрации на четных и, прежде всего, на второй гармонике частоты вращения вала, рис. 13. Проявляется этот дефект обычно сразу после установки нового подшипника, сопровождается ростом вращающейся нагрузки в двух противоположных точках внутреннего кольца подшипника и приводит к ускоренному износу из-за перегрузок, действующих на поверхности качения. По мере износа эти перегрузки снижаются, и признаки неоднородного натяга могут исчезнуть, однако ускоренный износ подшипника продолжится.

Рис. 13 Спектр огибающей вибрации при неоднородном радиальном натяге подшипника

Дефекты смазки подшипника приводят к росту высокочастотной вибрации подшипника, что и является основным диагностическим признаком этого дефекта. Как правило, если этот дефект оказывается единственным, в спектре огибающей вибрации отсутствуют средние и сильные дефекты других типов. Но чаще происходит наоборот, и дефекты смазки являются следствием дефектов поверхностей трения и связаны с попаданием в смазку продуктов износа, что является дополнительным признаком необходимости остановки машины и проверки состояния подшипника. Есть еще одна ситуация, когда автоматически принимается решение о дефекте смазки. Это - обнаружение предаварийной ситуации в подшипнике, когда поверхности качения и сепаратора настолько изношены, что число ударных импульсов очень велико, и они накладываются друг на друга, нарушается периодичность их следования и теряется возможность их обнаружения спектральными методами анализа вибрации и ее огибающей. И в этом случае необходимо срочно заменять подшипник.

Частоты составляющих спектра вибрации и ее огибающей, используемые для обнаружения и идентификации дефектов линии вала в подшипниках качения по периодическим измерениям вибрации.

3.3 Неисправности рамы тележки

Рама тележки тепловоза является главным звеном, объединяющим колесно-моторные блоки и суммирующим тяговые усилия от них для передачи кузову.

Рама тележки подвергается воздействию различных по своему характеру, величине и направлению сил. Это силы от надтележечного веса (веса кузова) и веса самих рам с размещающимися на них двигателями и другим оборудованием, тяговые и тормозные силы, переменные нагрузки, появляющиеся в связи с колебаниями локомотива в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

При воздействии этих сил могут возникнуть напряжения опасной величины, при которых в некачественных сварных швах в раме появляются трещины. Как правило, трещины располагаются там, гдо наибольшая концентрация напряжений: в местах приварки стоек буксовых поводков, в уголках, связывающих концевые балки с боковиной рамы, в кронштейнах для подвески тяговых электродвигателей, вообще в местах резкого изменения сечения, связанных с приваркой детали большой жесткости к относительно тонкой стенке несущих элементов (продольных и поперечных балок).

Таким образом основными видами механических повреждений деталей экипажной части локомотивов являются: усталостные трещины и изломы (оси колёсных пар, валы якорей тяговых электродвигателей, зубья шестерен и колес тяговых редукторов, пружин и рессоры, сварные соединения рам тележек);

механический износ (бандажи и шейки осей колёсных пар, моторно-осевые подшипники, зубья шестерен и колес тяговых редукторов, наличники букс и направляющие, шарнирные соединения рессорного подвешивания и тормозной рычажной передачи);

остаточная пластическая деформация (бандажи колёсных пар, термически неупрочнённые зубья шестерен и колес тяговых редукторов).

Перечисленные виды механических повреждений являются следствием не только больших динамических нагрузок, испытываемых деталями экипажной части, но и некоторых других факторов - низкого предела прочности материалов, образования концентраторов напряжений из-за несовершенства технологии изготовления и особенно термической обработки, неудовлетворительного ухода в эксплуатации и др.

Во многих случаях циклическое действие контактных напряжений вызывает пластическую деформацию, которая хотя и не приводит к полному разрушению детали, но может нарушить нормальные условия эксплуатации. Причиной возникновения остаточной деформации является пониженное сопротивление материала контактным напряжением и низкий предел прочности.

4.Применение лазерного контроля геометрических параметров рамы тележки тепловоза ЧМЭ3

4.1 Основные положения

Контроль и обеспечение постоянства геометрических параметров крупногабаритных изделий машиностроения при их производстве и ремонте, особенно в пространственной системе координат, до сегодняшнего дня является трудоемкой и дорогостоящей задачей. Традиционными способами являются измерения с помощью шаблонов, линеек, с помощью натянутой струны, а так же оптико-механическим методом. Таким измерениям свойственны большая трудоемкость и значительный субъективный фактор. При этом восстановление изношенных поверхностей - исключительно ручные операции. Использование лазерных технологий при решении данной проблемы - весьма перспективное направление.

При эксплуатации локомотивов и вагонов железнодорожного транспорта к контролю и сохранению геометрических параметров подвижного состава предъявляются достаточно высокие требования. Незначительные их отклонения от номинальных ведут к снижению ходовых и динамических характеристик локомотивов, а также безопасности в эксплуатации. Перекосы осей колесных пар в рамах тележек могут привести к аварийным ситуациям. Обеспечение геометрических параметров рам тележек при производстве и ремонте сопряжено с большими затратами.

Созданная воронежским предприятием лазерная измерительная система рам тележек (ЛИС-РТ-3) позволяет выявить незначительные изменения геометрии рам тележек в процессе их эксплуатации. Система формирует трехмерную систему координат. Контроль размеров рам тележек осуществляется с помощью видимых лазерных пучков параллельным перемещением их вдоль опорных линеек с одновременным отсчетом координат, заносимых в базу данных компьютера. Специально разработанное программное обеспечение позволяет обрабатывать и документировать результаты измерений и производить на их основании ремонт.

4.2 Назначение системы ЛИС-РТ-3

Система ЛИС-РТ-3 предназначена для контроля геометрических параметров рам тележек тягового подвижного.

Основой системы ЛИС-РТ-3 является линейка контрольная лазерная ЛКЛ. Систему координат X, У измерительного пространства образуют две линейки контрольные лазерные ЛКЛ. Координату 2 образует нивелир с лазерным визиром совместно со штангенрейкой.

К работе с системой допускается персонал, прошедший подготовку по работе на системе, ее техническому обслуживанию, изучивший настоящее руководство по эксплуатации, паспорта на приборы, программу и методику проведения калибровочных работ, прошедший инструктаж по технике безопасности труда, а также имеющий квалификационную группу по электробезопасности не ниже 3-ей, сдавший зачет на допуск к самостоятельной работе и получивший удостоверение установленного образца.

По способу защиты человека от поражения электрическим током система соответствует классу II по ГОСТ 12.2.025-76)

В конструкции системы применены источники лазерного излучения малой мощности

4.3 Описание системы лазерного контроля

Система предназначена для измерения контролируемого объекта по трем координатам методом прямых измерений в прямоугольной системе координат, образованной из лазерных пучков:

-продольные и поперечные параметры рамы измеряются в измерительном пространстве, образованном измерительными лазерными пучками от двух базовых взаимно перпендикулярных пучков;

-вертикальные параметры измеряются по штангенрейке от базовой горизонтальной плоскости, заданной лазерным пучком нивелира с лазерным визиром. Перечень основных контролируемых геометрических параметров приведен в Правилах текущего и капитального ремонтов, а также капитального ремонта с продлением срока службы (ТР, КР, КРП) и техобслуживания тепловозов и электровозов.

Система производит измерения:

- вертикального и горизонтального прогибов балок;

- разностей высот поводковых кронштейнов;

отклонения клиновых пазов поводковых кронштейнов от соосного расположения;

- разностей размеров между осями клиновых пазов в буксовых проемах и между буксовыми проемами;

у-отклонения от плоскостности внутренних поверхностей поводковых кронштейнов.

Система может быть применена как для оценки геометрических параметров, так и в процессе проведения ремонта: при контроле правильности постановки поводкового кронштейна на раму; при сварочных работах по восстановлению кронштейнов рычажной передачи и прочих элементов рам тележек. Это позволит обеспечить качество производства ремонта согласно Руководству по капитальном ремонту, увеличить срок эксплуатации тележек в целом и повысить безопасность движения.

4.4 Выкатка и разборка тележки тепловоза ЧМЭ3

Для проверки рамы тележки комплексом ЛИС-РТ-3 необходимо установить её на специальный стенд. Для этого тележку тепловоза выкатывают из под тепловоза и разбирают. Эти операции проводят по следующей технологии.

1. Выкатка тележки из-под тепловоза

1. Снять с задней тележки привод скоростемера и передать его для осмотра и ремонта.

2. Отвернуть гайки крепления песочных труб к кронштейнам и отнять песочные трубы.

3. Отсоединить на задней тележке цепи от рычагов рычажной передачи ручного тормоза.

4. 0тсоединить выводные концы тяговых двигателей от силовых кабелей тепловоза

5. Отсоединить воздухопровод тепловоза от труб тормозных цилиндров.

6. Отсоединить чехлы воздушного охлаждения тяговых двигателей

7. Болтами монтажными стянуть пружины рессорного подвешивания.

8. Установить домкраты под опоры кузова тепловоза

9. Расшплинтовать и отвернуть гайки болтов крепления балок подвески рамы тележки к раме кузова, вынуть болты и выбить балки из кронштейнов рамы кузова. Подвески поместить с кронштейнами рамы кузова и гнездами на раме тележки.

10. Поднять кузов и выкатить тележки из-под тепловоза. Выкатку тележек производить подключением полюсов тягового двигателя к источнику постоянного тока /сварочный агрегат 50 вольт или генератор 250 вольт/

11. Кузов тепловоза опустить на подставки.

12. Расшплинтовать валики крепления гасителей колебаний к корпусам букс (балансирам) и выбить валики

13. Отвернуть болты крепления крепящие стопорные планки верхних валиков гасителей и снять планки

14. Выбить валики, снять гасители с рамы и уложить их на стеллаж для осмотра и ремонта.

15. Вывернуть и вынуть болты монтажные

16. Зачалить тросом подвески рамы тележки к раме кузова, снять с рамы и уложить на стеллаж для осмотра и ремонта подвесок.

17. Расстопорить и отвернуть болты крепления замков буксовых балансиров, снять стопорные шайбы

18. Вывернуть из головок валиков пробки-заглушки. В отверстия под пробку ввернутъ насадку и с помощью пресса А893 выпрессовать валики из отверстий в раме тележки и буксовом балансире. Насадку вывернуть из головки валика;

19. Распустить винтовыми стяжками рычажную передачу тормоза

20. Снять раму тележки с колесных пар, для чего:

а) установить тележку на канаву, оборудованной домкратами для поддержания тяговых двигателей;

б) поднять домкраты так чтобы они упирались в корпус тягового двигателя;

в) зачалить раму тележки траверсой, подживить её

г) поднять тяговые двигатели домкратами так чтобы верхние обоймы пружинных подвесок вышли из челюстей тяговых двигателей;

д) под концы длинных плеч корпусов букс (балансиров)установить домкраты

е) снять раму тележки с колёсных пар, тяговые двигатели опустить;

ж) упругие шайбы, шайбы, тарелки и пружины снять с балансиров.

21. Установить раму тележки на подставку и вынуть пружинные подвески тяговых, двигателей из кронштейнов рамы, для чего

а) расшплинтовать гайки крепления угольников к раме тележки, отвернуть их, снять болты, угольники и предохранительные валики подвесок:

б) расшплинтовать гайки подвесок и стянуть болтами подвесок до образования зазора между обоймой и кронштейнами рамы;

в) вынуть пружинные подвески из рамы тележки и отправить на мойку.

22. Раму тележки вместе о разобранными деталями рессорного подвешивания, за исключением упругих шайб, промыть в моечной машине; неотмытую в машине грязь удалять скребком и металлической щеткой.

23. После промывки раму с укрепленными на ней деталями установить на подставки для разборки и сборки рамы:

24. Разобрать рычажную передачу тормоза:

25. Разобрать подвеску тормозных колодок;

26. Зачалить колесно-моторный блок в сборе с буксами и установить на подставки для его разборки и сборки.

Примечание: Зачаливание производить за рым-болты, установленные в остов двигателя вместо пробок

27. Расстопорить головки болтов, крепления передних крышек букс отвернуть болты снять стопорные планки. Затем снять передние крышки букс, выбрать из них смазку, снять резиновые кольца 6 и уложить в контейнер для промывки.

28. Расстопорить и отвернуть болты крепления задней крышки, и отвернуть болты и снять стопорные планки

29. С помощью приспособления на прессе А893 снять корпуса букс с роликоподшипников

30. Передние крышки букс, корпуса букс (балансиры): обмыть в моечной машине и транспортировать к месту их осмотра и ремонта.

31. Снять уплотнительные полукольца, предварительно сняв с них накладки и войлочные уплотнения; полукольца соединить болтами с гайками.

Замерить щупом осевой разбег тягового электродвигателя на оси колесной пары и зазор между вкладышами моторно-осевых подшипников и шейкой оси. Полученные величины записать

32. Установить противни для стекания масла под кожух зубчатой передача и снять с него хомут

33. Снять кожух передачи, расшплинтовав и отвернув болты его крепления и слив масло в противень. Снять верхнюю и нижнюю половины кожуха. Оба половины кожуха обмыть в моечной машине;

34. Снять защитный кожух с средней части оси.

35. Снять шапки моторно-соевых подшипников, уложить их на стеллаж.

36. Снять верхние вкладыш моторно-осевых подшипников с оси.

37. Зачалить и снять колесную пару с тягового электро-двигателя и установить ее на рельсы, подклинив башмаками с обеих сторон.

38. Вынуть нижние вкладыши из расточек остова двигателя и уложить их попарно с верхними вкладышами на стеллаж.

39. Подсоединять пресс маслосьёма к торцу оси колесной пары и запрессовать масло (цилиндровое масло марок 38 или 52 ГОСТ 6471-52) между внутренним кольцом роликоподшипника и шейкой оси до появления ее у переднего торца, внутреннего кольца подшипника.

40. С помощью сьёмника А893 запрессовать роликоподшипник вместе с задней крышкой буксы и кольцом упорным с оси. Аналогично снимать второй роликоподшипник.

Спрессовывать роликоподшипник с шейки оси без примения мacла запрещается.

41. Вынуть уплотнения из канавок задних крышек букс и снять с передней и задней крышек резиновые кольца.

42. Oбмыть и очистить задние крышки и упорные кольца.

43. Колесную пару промыть в моечной машине

44. Зачалить тяговый двигатель за рым-болты, установленные в остове вместо пробок и транспортировать в электро-машинный цех

45. Осмотр и ремонт колесных пар производить в соответствии с “Инструкцией по освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар локомотивов и электросекций.” ЦТ/2306

46. Осмотр и ремонт роликоподшипников производить в соответствии с “Инструкцией по содержанию и ремонту роликовых подшипников локомотивов и моторвагонного подвижного состава” ЦТ/2361.

4.4 Устройство и работа системы

Система контроля геометрических параметров рам тележек ЛИС-РТ-3 - измерительный комплекс, обеспечивающий геометрический контроль рам тележек электровозов и тепловозов, установленных на предварительно отгоризонтированных опорах и забазированных в координатах измерительной системы с учетом имеющихся баз (конструкторских, технологических и др.). Измерение размеров объекта осуществляется с помощью видимых лазерных пучков параллельным перемещением их вдоль опорных линеек с одновременным отсчетом координат. Лазерные пучки формируют в рабочем измерительном пространстве прямоугольную систему координат X, У и базовую горизонтальную плоскость. Координата 2 формируется нивелиром с лазерным визиром и штангенрейкой с целевым знаком.

ЛИС-РТ-3 обеспечивает 2 режима отсчета по координатам X и У:

визуально-механический с помощью оснастки с целевым знаком, штриховой меры и индикатора часового типа ИЧ-10 ГОСТ 577/68* встроенного в устройство поворота пучка (УГШ). Ввод расчетных параметров в протокол измерения осуществляется вручную;

автоматизированного с помощью электронного блока - устройства цифрового отсчета и ввода в ПЭВМ с последующей обработкой данных измерений и представления результатов расчета измеряемых геометрических параметров визуально на экране монитора в виде протокола и указаний по ремонту с возможностью выдачи результатов на печать или для запоминания в электронном виде.

Схема расположения модулей и устройств системы представлена на рисунке 14.

Измерительный комплекс выполнен в виде двух взаимно перпендикулярных, создающих рабочее измерительное пространство, линеек ЛКЛ (продольной X и поперечной У). Оно создается путем поворота на 90° продольных (базовых) лазерных пучков. Повернутые пучки являются измерительными.

Рис. 14 Схема расположения модулей и устройств системы ЛИС-РТ-3

1 - линейка ЛКЛ; 2 - блок излучающий; 3 - блок питания; 4 - устройство поворота пучка на 90° (УПП); 5 - штангенрейка; 6 - нивелир; 7 - опора; 8 - базовый целевой знак; 9 -шкаф.

Измерение по координате У обеспечивается нивелиром с лазерным визиром, формирующим базовую горизонтальную плоскость из лазерного пучка, и штангенрейкой с целевым знаком.

Лазерные пучки от излучателя 2 (рисунок 14) встраиваются в центры марок мишеней базовых целевых знаков, устанавливаемых на конце линеек в отверстия пластин-крышек направляющих координатных линеек 1.

Направляющие линеек оснащены штриховыми мерами длины, размещенными вдоль опорных лазерных пучков, и датчиками линейных перемещений, преобразующих линейное перемещение в электрические импульсы. На направлящих размещено устройство поворота базового лазерного пучка (УПП) 4. УПП вводится в полозья направляющей линейки и перемещается вдоль нее, обеспечивая параллельный перенос в пространстве лазерного пучка, перпендикулярно базовым направлениям X и У.

Перемещение устройства поворота пучка осуществляется вручную, а отсчет координат производится с помощью персонального компьютера или штриховой меры длины.

Основные компоненты системы:

а) Излучатель лазерный ИЛ-2