Акустико-эмиссионный метод

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства

(ИТТОП)

Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

В.З. КАКОТКИН

ВИБРОДИАГНОСТИКА УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ ЛОКОМОТИВОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИБОРОМ ИРП-12

Методические указания к лабораторным работам

для студентов специальности 190301 «Локомотивы»

по дисциплине «Диагностика и техническое обслуживание локомотивов»

МОСКВА-2008

УДК 629.424.1.004.47

К-42

Какоткин В.З. Вибродиагностика узлов и деталей экипажной части локомотивов. Оценка технического состояния подшипников тягового электродвигателя прибором ИРП-12. Методические указания. -М.: МИИТ, 2008 -16 с.

В методических указаниях приведены основные данные о устройстве средств диагностики подшипников тягового электродвигателя тепловоза и

методики их применения.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1. Лабораторная работа. Вибродиагностики деталей и

узлов экипажной части локомотивов. Оценка технического

состояния подшипников тягового электродвигателя

прибором ИРП-12...................................................................................4

2. Список литературы.........................................................................16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Вибродиагностика деталей и узлов экипажной части локомотивов. Определение технического состояния подшипника тягового электродвигателя прибором ИРП-12

Цель работы: Изучение основных методов и систем вибродиагностики деталей и узлов экипажной части локомотивов; устройства и работы прибора ИРП-12; оценка технического состояния подшипника тягового электродвигателя с помощью прибора ИРП-12.

Теоретическая часть

Для безразборного диагностирования различных узлов механизмов существует ряд методов. В железнодорожной отрасли самыми распространенными являются виброакустический и акустико-эмиссионный метод.

Виброакустический метод

Как известно работа любого механического оборудования циклического (например роторные) действия сопровождается возникновением колебательных процессов в его узлах при вращательном движении. Такими колебательными процессами являются акустический шум и вибрация. В совокупности эти процессы составляют так называемый виброакустический сигнал, который является, источником достоверной информации о техническом состоянии узлов машин и механизмов. Изменение свойств виброакустического сигнала соответствует изменению параметров технического состояния, вызванного деградацией узлов, изменением геометрических размеров деталей, уходом параметров регулировок и прочих.

Метод виброакустической диагностики позволяет не только выявить без разборки механизма уже развившуюся неисправность и предотвратить ее, но и обнаружить развивающийся дефект на очень ранней стадии, что дает возможность прогнозировать аварийную ситуацию и обоснованно планировать сроки и объем ремонта оборудования.

В частности виброакустическая диагностика применяется для оценки и анализа состояния подшипниковых узлов и зубчатых передач колесно-моторных блоков (КМБ) локомотивов. В процессе диагностики можно выявить дефекты следующих узлов КМБ:

- зубчатого зацепления;

- узла вала малой шестерни;

- опорного подшипника (опорного стакана) тягового редуктора;

- подвески редуктора;

- резино-кордовой муфты.

Графически виброакустический сигнал представляется в виде спектра частот вибраций вызванных работой всего колесно-моторного блока (Рис.1.1).

Спектр сигнала подшипникового узла буксы без дефекта

Рис. 1.1.

Если узел (подшипник) полностью исправен, правильно собран и сбалансирован (идеальный случай), то в спектре виброакустического сигнала будет содержаться только частоты колебаний вызванные вращательным движением деталей узлов этого механизма, то есть оборотные частоты и их амплитуды не будут резко отличаться от всего спектра в целом. Если речь идет о зубчатой передаче, то это частота колебаний от зубчатого зацепления. Но как правило даже идеально изготовленный и собранная зубчатая передача или подшипник могут иметь дефект связанный например с усталостью материала. При наличие дефекта в узле амплитуда сигнала возрастает (Рис.1.2). Также в спектре его колебаний появятся дополнительные гармонические составляющие характеризующие этот дефект.

Спектр сигнала подшипникового узла буксы с дефектом

Рис. 1.2.

Акустико-эмиссионный метод

Основные источники формирования акустико-эмиссионного сигнала в ультразвуковом диапазоне частот эксплуатируемого подшипникового узла:

- упругие волны от нормальных и касательных напряжений пятен контакта в поверхностных слоях тел и дорожек качения при вращении от действующих нагрузок и чисел оборотов;

- микроудары вследствие шероховатости поверхности тел и дорожек качения, усиливающиеся из-за коксования масла и наличия продуктов износа;

- гидродинамические эффекты от смазки в зоне контактных напряжений тел качения с дорожками качения;

- импульсивный сигнал от образования трещин в металле тел качения;

- микроудары и удары от перекатывания дефектных поверхностей (шелушение, развитие трещин, сколы, раковины);

- микротрещины наружного кольца в гнезде корпуса;

- износ посадочных мест подшипника, сопровождаемый скользящими перемещениями поверхности колец относительно посадочных мест;

- проскальзывание тел качения по дорожкам качения. Наиболее информативный диапазон частот акустико-эмиссионного сигнала 30-300 кГц. На этих частотах влияние импульсов от работающих узлов минимально, что позволяет осуществлять диагностику с надёжностью более 0,9;

- амплитуды сигнала возрастают с увеличением нагрузок и числа оборотов механизма.

Влияние незакоксованной смазки на амплитуду сигнала двояко:

- отсутствие смазки увеличивает амплитуду;

- «подбивка» консистентной смазки или восстановление режима
жидкой смазки уменьшает амплитуду.

Зависимость между техническим состоянием и показанием дисплея D прибора от времени работы при номинальной нагрузке подшипника

Рис. 1.3.

t, час

На рисунке 1.3.: А_х - подшипник собран с соблюдением технологии сборки; А₂ -Необходимо проверить сборку; Аз - решение принимается комиссионно.

Кривая D_m-A-B-C-D-E в координатах D (показания дисплея) и t (суммарное время работы в часах с момента установки подшипника при рабочей нагрузке оборудования) называется трендом (Рис. 1.3.).

Если дефекты смазки и монтажа отсутствуют, то точки тренда соответствуют следующим состояниям подшипника:

- качество монтажа и конструктивных элементов подшипникового узла D_m=0,3-0,4-D_A;

- участок 0-А – накопление усталостных микротрещин в поверхностном и приповерхностном слоях тел и дорожек качения приводят к появлению микровыкрашиваний;

- участок А-В – развитие поверхностных трещин, мелких выкрашиваний, зарождение пятен выкрашивания на телах и дорожках качения;

- участок В-С - развитие трещин на телах и дорожках качения, приводящих в дальнейшем к выкрашиванию металла с образованием раковин, начало интенсивного износа сепаратора, рост пятен выкрашивания;

- участок C-D - образование мелких раковин, возможен усталостный износ сепаратора с появлением в нём, в зависимости от материала и конструкции, небольших трещин;

- участок D-E - образование значительных и крупных раковин, развитие на кольцах подшипника трещин до сквозных;

- далее Е - работа подшипника с крупными раковинами, трещинами, генерация значительной вибрации, до заклинивания с большим тепловыделением;

В точке D имеется вероятность разрушения сепаратора. В зависимости от норм отбраковки подшипников в каждой отрасли устанавливается по тренду предельное показание дисплея D.

Техническое состояние подшипникового узла на участке тренда:

- D_m-A - характеризуется устойчивой работой (зелёная зона);

- А-С - допустимая эксплуатация (жёлтая зона);

- С-Е - недопустимая эксплуатация (красная зона).

В железнодорожной отрасли существуют несколько систем вибро-акустической диагностики, предназначенной для безразборной оценки состояния подшипниковых узлов и зубчатых передач колесно-моторных блоков локомотивов.

Система КОМПАКС Экспресс

Система КОМПАКС Экспресс применяется для оценки технического состояния колесно-моторных блоков подвижного состава железнодорожного транспорта в процессе испытаний.

Система состоит из следующих составных частей (Рис.1.4): поста оператора, устройства управления тяговым электродвигателем, выносного модуля PIM и линий связи.

Структурная схема системы КОМПАКС Экспресс

Рис. 1.4.

Пост оператора (Рис.1.5) конструктивно выполнен на базе пультовой секции, включающей:

- диагностический контроллер, в состав которого входят модуль сбора данных 3527, модули согласования и гальванической развязки, программное обеспечение «КОМПАКС-ЭКСПРЕСС»;

- блок бесперебойного питания – обеспечивает стабильное питание поста оператора и возможность работы в течение не менее 15 мин при отключении напряжения питания.

- монитор – для отображения графической и текстовой информации о состоянии объекта контроля;

- принтер – для печати текстовой и графической информации о состоянии объекта контроля;

- клавиатура и манипулятор «мышь» – для управления программным обеспечением.

Устройство управления – обеспечивает включение/выключение блока питания тягового двигателя, осуществляет программный разгон колесной пары, автоматически поддерживает стабильную частоту вращения колесной пары в течение всего времени испытания, также обеспечивает измерение тока потребления тягового электродвигателя и частоты вращения колесной пары. Частота вращения поддерживается в пределах: 240-250 об/мин.

Выносной модуль PIM – универсальный измерительный модуль, обеспечивает измерение физических величин, к модулю подключены первичные преобразователи: датчики виброизмерительные, датчик числа оборотов системы управления тяговым электродвигателем (Рис. 1.6).

По линии связи – осуществляется передача измерительных сигналов и сигнала питания и управления.

Пост оператора

Рис. 1.5.

На рисунке 1.5.: 1 - пульт оператора (передняя панель снята); 2- блок бесперебойного питания; 3– монитор; 4 – принтер; 5 – клавиатура; 6 – контроллер.