СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ БУКС ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И МЕТРОПОЛИТЕНА Российский патент 2011 года по МПК B61K9/04 F16C19/52 G01M13/04 

Изобретение может быть использовано для диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта (вагонов и локомотивов) и вагонов метрополитена, и вагонов городского рельсового транспорта (трамваев) для оперативного контроля износа подшипников по состоянию.

Известен способ диагностики подшипников качения роторной системы, заключающийся в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на корпусе вращающегося подшипника, патент №2239809. Недостатком данного способа диагностики является длительное время подготовки буксового узла колесной пары вагона или локомотива к диагностике. Это обусловлено тем, что вагон необходимо отцепить от состава, направить в ремонтное депо, произвести ремонтные работы по выкатке подлежащей диагностике колесной пары, установить колесную пару на динамический стенд, произвести диагностику, а затем снова произвести монтаж колесной пары под вагон и направить его в эксплуатацию. Время на производство перечисленных работ составляет в среднем 8 часов.

Указанный недостаток снижает применение этого способа для диагностики подшипников букс на железнодорожном транспорте и вагонов метрополитена.

Цель изобретения - повышение скорости диагностики подшипников буксовых узлов вагонов и локомотивов железнодорожного транспорта и букс вагонов метрополитена, и измерение размеров дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа и (или) эксплуатации в подшипнике, и определение местоположения дефекта в подшипнике без останова подвижного состава.

Сущность способа заключается в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на правом и левом рельсе железнодорожного пути во время прохождения подвижного состава в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные, последовательные промежутки времени.

Данный способ диагностики подшипников отличается от способа диагностики подшипников (патент №2239809) тем, что с целью повышения скорости диагностики подшипников букс датчики (преобразователи) устанавливают на любую поверхность правового и левого рельса, кроме поверхности головки рельса железнодорожного пути по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути, и во время прохождения подвижного состава определяют для контроля износа буксового подшипника с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени (τ), определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота подшипника. Причинами, которые способствует значительному увеличению амплитуды сигналов акустической эмиссии вращающегося подшипника, являются удары и микроудары от перекатывания дефектных поверхностей тел качения, на которых имеются раковины, сколы, шелушения по поверхности беговых дорожек подшипника, или от ударов и микроударов при перекатывании тел качения по беговым дорожкам подшипника, на которых имеются сколы, раковины, трещины и шелушение.

Размер дефекта, т.е. разрушение вдоль беговой дорожки в мм определяют по формуле

P=π·DnΔt,

где Р - размер дефекта в мм;

n - число оборотов в с;

Δt - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой, следующих один за другим неразрывно по времени в с;

π=3,14;

D - диаметр внутреннего или наружного кольца подшипника до поверхности беговой дорожки в мм.

Местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой (измеренного) значения интервала времени между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии Т_инт. с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии Т_инт., при этом значение Т_инт. измеренного должно совпадать с одним из расчетных значений Т_инт.

Каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии (Т_инт.) соответствует виду дефекта:

- дефекту наружного кольца,

- дефекту внутреннего кольца,

- дефекту тел вращения.

Дефект наружного кольца при T_инт.=1/(0,5·zn·[1-d/Dy·cosγ])с.

Дефект внутреннего кольца при T_инт.=1/(0,5·zn·[1+d/Dy·cosγ])с.

Дефект тела вращения T_инт.=1/(nDy/d·[1-(d/Dy)²·cos²·γ])с,

где Т_инт. - интервал времени между выбросами амплитуды,

z - число шариков (тел качения),

Dy - диаметр окружности, проходящей через центры шариков (тел качения), мм,

d - диаметр шарика (тела качения),

γ - угол контакта тел качения (указывается в каталоге),

n - число оборотов в с.

О состоянии подшипника буксового узла судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта такого типа, исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника.

Пример.

На нерабочей стороне правого и левого рельса железнодорожного пути установлены два датчика (преобразователя акустической эмиссии), соединенные с электронным устройством диагностики. Электронное устройство диагностики соединено с персональным компьютером, а персональный компьютер подключен к компьютерной сети отделения железной дороги. При приближении со скоростью 60 км в час грузового состава, состоящего из 60 полувагонов (длина полувагона 14 м), к устройству диагностики по сети передается команда в ПК на включение устройства диагностики и вводится нумерация состава и номера полувагонов.

Производится диагностирование при скорости прохождения состава 60 км в час 480 буксовых узлов полувагонов за время 50 секунд.

Время на диагностирование одного буксового узла составляет

50 с: 480 буксовых узлов 0,1 с.

Электронное устройство работает на основании способа диагностики, описанного выше.

В результате диагностики на правой буксе первой колесной пары седьмого полувагона обнаружен подшипник с недопустимо высокими сигналами акустической эмиссии.

Технические характеристики буксового подшипника 30 232726.

Диаметр внутреннего кольца подшипника до поверхности беговой дорожки в мм Dв 158.

Диаметр окружности, проходящей через центры роликов в мм Dy 190.

Диаметр ролика в мм d 32.

Число роликов в подшипнике z 14.

Угол контакта тела вращения указывается в каталоге. Для роликового подшипника cosγ=1.

Число оборотов в секунду буксового подшипника при скорости состава 60 км/час или 16,6 м/с и диаметре колеса вагона 0,95 м составляет 5,6 об/с, n=5,6 об/с.

С помощью переносного электронного устройства измерены следующие параметры:

Т_инт. - интервал времени между максимальными, неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии в с, см. схему в конце описания.

Δt - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой следующих один за другим неразрывно по времени в с, см. схему в конце описания.

При диагностировании получены данные Т_инт.=0,0218 с,

Δt=0,000765 с.

Сначала определяются месторасположения дефекта по формулам:

Дефект тела вращения.

T_инт.=1/(n·Dy/d·[1-(d/Dy)²·cos²γ])с=1/5,6·190/32[1-(32/190)²·1²])=0,031 с.

Дефект наружного кольца.

T_инт.=1/(0,5·z·n·[1-d/Dy·cosγ])=1/(0,5·14·5,6·[1-32/190·1])=0,030 с.

Дефект внутреннего кольца.

T_инт.=1/(0,5·z·n.[1+d/Dy·cosγ])=1/(0,5·14.5,6·[1+32/190·1])=0,0218 с.

Следовательно, измеренное значение интервала времени между выбросами амплитуды Т_инт.=0,0218 с совпадает с расчетным значением Т_инт. при дефекте внутреннего кольца.

Затем определяется размер дефекта по формуле

Р=π·Dв·n·Δt=3,14·158·5,6·0,000765 с=2,12 мм.

Следовательно, разрушение (выкрашивание) беговой дорожки внутреннего кольца подшипника составляет 2,12 мм.

После производства второго и последующего измерения можно с помощью предложенного способа диагностики контролировать и скорость развития дефекта подшипников качения.

Изобретение относится к машиностроению и подшипниковой промышленности и может быть использовано для диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта, вагонов метрополитена или вагонов городского рельсового транспорта. Датчики (преобразователи) акустической эмиссии не менее двух устанавливают на любую поверхность правого и левого рельса, кроме поверхности головки рельса по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути. Во время прохождения подвижного состава в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц для контроля износа подшипника определяют с частотой выборки от 50 мкс до 0,1 мкс значение выброса максимальных амплитуд сигналов эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени. Определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов эмиссии и интервал времени между выбросами за время не менее одного оборота подшипника, и рассчитывают размер дефекта в мм вдоль беговой дорожки по заданной формуле. Местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой измеренного значения интервала времени между максимальными сигналами эмиссии с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов эмиссии. Каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов эмиссии соответствует виду дефекта. О состоянии подшипника судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта такого типа исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника. Технический результат: повышение скорости контроля и измерение размеров дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа и (или) эксплуатации в подшипнике буксы, и определение местоположения дефекта в подшипнике без останова подвижного состава. 1 ил.

Способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена, заключающийся в измерении сигналов акустической эмиссии вращающегося подшипника, отличающийся тем, что датчики (преобразователи) акустической эмиссии не менее двух устанавливают не на корпус буксы вагона или локомотива, а на любую поверхность правого и левого рельс, кроме поверхности головки рельса пути, по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути, и во время прохождения подвижного состава в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные последовательные промежутки времени определяют с частотой выборки от 50 мкс до 0,1 мкс значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени (τ), определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота подшипника, и рассчитывают размер дефекта вдоль беговой дорожки по формуле
P=π·D·n·Δt,
где Р - размер дефекта, мм;
n - число оборотов в секунду,
Δt - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой следующих один за другим неразрывно по времени, с;
π=3,14;
D - диаметр внутреннего или наружного кольца подшипника до поверхности беговой дорожки, мм;
а местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой измеренного значения интервала времени между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии Т_инт. с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии Т_инт., при этом значение Т_инт. измеренного должно совпадать с одним из расчетных значений Т_инт., каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии (Т_инт.) соответствует виду дефекта:
дефекту наружного кольца при
T_инт.=1/(0,5·zn·[1-d/D_y·cosγ]), с;
дефекту внутреннего кольца при
T_инт.=1/(0,5·zn·[1+d/D_ycosγ]), с;
дефекту тела вращения
T_инт.=1/(nD_y/d·[1-(d/D_y)²cos²·γ]), c,
где Т_инт. - интервал времени между выбросами амплитуды;
z - число шариков (тел качения);
D_y - диаметр окружности, проходящей через центры шариков (тел качения), мм;
d - диаметр шарика (тела качения);
γ - угол контакта тел качения,
n - число оборотов буксового подшипника в секунду;
причем о состоянии буксового подшипника судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта такого типа, исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника.