СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И МЕТРОПОЛИТЕНА Российский патент 2012 года по МПК B61K9/12 G01N29/04 G01N29/14 

Изобретение может быть использовано для диагностики поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта (вагонов и локомотивов) и вагонов метрополитена и вагонов городского рельсового транспорта (трамваев) и оперативного обнаружения ползунов, раковин и выщербин на поверхности катания во время эксплуатации колесных пар.

Известен способ бесконтактного измерения геометрических параметров колесных пар, заключающийся в лазерном бесконтактном контроле геометрии трехмерных объектов с помощью триангуляционных датчиков положения (патент №2270120). Недостатком данного способа измерения является наличие в схеме измерений демпфера, поглощающего вибрации при прохождении состава, так как при различной загрузке вагонов демпфер создает погрешности измерений.

Кроме того, бесконтактное измерение геометрических параметров осуществляется при скоростях поезда до 60 км/час.

Указанный недостаток снижает применение этого способа и устройства на его основе для диагностики поверхности катания колесных пар подвижного состава. Цель изобретения - повышение достоверности диагностики поверхности катания колесных пар вагонов и локомотивов железнодорожного транспорта и букс вагонов метрополитена и измерение размеров дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа и (или) эксплуатации в колесной пары 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 (патент №2270120) тем, что с целью повышения достоверности диагностики поверхности катания колесных пар 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 с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии, следующих последовательно и неразрывно по времени, определяют время длительности выброса максимальных, последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии Δt и интервалы времени от начала периода вращения колесной пары до первого и последующих выбросов максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в течение периода (времени одного оборота). Причиной, которая способствует значительному увеличению амплитуды сигналов акустической эмиссии вращающейся колесной пары, являются удары, в том числе сильные удары при прохождении ползуна по головке рельса за счет смещения центра тяжести колесной пары вагона или локомотива, и изменение режима трения качения на трение скольжения, а при прохождении раковины или выщербины от перекатывания дефектов на поверхности катания колесной пары по головке рельса, при этом дефекте амплитуды сигналов акустической эмиссии в два и более раза меньше, чем при прохождении ползуна.

Размер дефекта, т.е. разрушение вдоль поверхности катания колесной пары в мм, определяют по формуле:

P=π·DnΔt,

где: Р - размер дефекта на поверхности катания колесной пары в мм,

n - число оборотов колесной пары в сек,

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

π - 3,14,

D - диаметр колеса вагона или локомотива до поверхности катания в мм.

Количество дефектов на поверхности катания определяется по формуле:

где: К - количество дефектов на поверхности катания,

t_инт1 - интервал времени от начала периода вращения колесной пары до первого выброса максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в сек;

t_инт2 - интервал времени от начала периода вращения колесной пары до второго выброса максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в сек;

t_инт3 - интервал времени от начала периода вращения колесной пары до третьего выброса максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в сек.

Определение вида дефекта, выделение ползуна на фоне других повреждений поверхности катания производится сравнением и выделением из нескольких выбросов, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии, наиболее максимального в два раза и более за время, равное периоду вращения колесной пары.

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

По определенному размеру дефекта судят о состоянии поверхности катания колесной пары.

Пример

На нерабочей стороне правого и левого рельса железнодорожного пути установлены два датчика (преобразователя акустической эмиссии), соединенных 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 колесных пар полувагонов за время 50 секунд.

Электронное устройство работает на основании способа диагностики, описанного выше.

В результате диагностики на правом колесе первой колесной пары седьмого полувагона обнаружены недопустимо высокие сигналы акустической эмиссии.

Технические характеристики колесной пары

Диаметр колеса до поверхности катания 0,95 м.

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:

t_инт1 - интервал времени от начала периода вращения колесной пары до первого выброса максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в сек (схема №1),

Δt - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой следующих один за другим неразрывно по времени в сек (схема №1).

При диагностировании получены данные t_инт1=0,0218 сек, Δt1=0,000765 сек.

P=π·DnΔt

P=3,14·950·5,6·0,000765=12,77 мм

Определен ползун длиной 12,77 мм.

Изобретение относится к диагностике поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена. Сущность способа заключается в том, что определение вида дефекта, выделение ползуна на фоне других повреждений поверхности катания производится сравнением и выделением из нескольких выбросов неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии наиболее максимального за время, равное периоду вращения колесной пары. По определенному размеру дефекта судят о состоянии поверхности колесной пары. В результате повышается скорость контроля поверхности катания колесных пар и достоверность такого контроля. 1 ил.

Способ диагностики поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена, заключающийся в измерении сигналов акустической эмиссии вращающейся колесной пары, отличающийся тем, что датчики (преобразователи) акустической эмиссии не менее двух устанавливают не на демпфере, поглощающем вибрации, а 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 с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии, следующих последовательно и неразрывно по времени, определяют время длительности выброса максимальных, последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии At и интервалы времени от начала периода вращения колесной пары до первого и последующих выбросов максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в течение периода (времени одного оборота) и рассчитывают размер дефекта вдоль поверхности катания колесной пары в мм по формуле:
P=π·D·n·Δt,
где P - 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 колеса вагона или локомотива до поверхности катания в мм,
количество дефектов на поверхности катания определяется по формуле:

где K - количество дефектов на поверхности катания,
tинт1 - интервал времени от начала периода вращения колесной пары до первого выброса максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в с,
tинт2 - интервал времени от начала периода вращения колесной пары до второго выброса максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в с,
tинт3 - интервал времени от начала периода вращения колесной пары до третьего выброса максимальных, неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии в с,
определение вида дефекта, выделение ползуна на фоне других повреждений поверхности катания производится сравнением и выделением из нескольких выбросов неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии, наиболее максимального, за время, равное периоду вращения колесной пары,
по определенному размеру дефекта судят о состоянии поверхности колесной пары.