|
Crow indian
Регистрация: 21.02.2009
Возраст: 40
Сообщений: 29,839
Поблагодарил: 398 раз(а)
Поблагодарили 5983 раз(а)
Репутация: 126089
|
Тема: Виброаккустическая диагностика колесно-редукторных блоков электровозов
Виброаккустическая диагностика колесно-редукторных блоков электровозов
Курсовая работа
Цитата:
Как показывает многолетняя практика, железные дороги в России несут главную транспортную функцию. Для бесперебойной качественной работы необходимы исправные электровозы и тепловозы, укомплектованные обслуживающими локомотивными бригадами. Для поддержания исправности электровозов и уменьшения финансовых затрат депо должно быть укомплектовано современными средствами диагностики.
На локомотивах применены детали и узлы, которые требуют постоянного контроля в эксплуатации за их состоянием, к ним относятся колёсно-моторные блоки. Одной из наиболее часто встречающихся неисправностей, является неисправность в подшипниковых узлах. На данный момент наиболее эффективным оказывается виброакустический метод их диагностирования.
Целью проекта является организация ТР КРБ с применением приборов, построенных на основе этого метода.
3. Разработка цеха по ремонту КРБ
3.1 Колесно-редукторные блоки
Колёсно-редукторные блоки служат для передачи вращательного момента от ТЭД к колесным парам. Локомотивы с электрической передачей имеют индивидуальный привод колесных пар, т.е. каждая колесная пара приводится во вращение отдельным тяговым электродвигателем. Вращающий момент от тягового электродвигателя к колесной паре при индивидуальном приводе передается при помощи одноступенчатого тягового редуктора, состоящего из двух цилиндрических шестерен: ведущей на валу двигателя и ведомой (малой) на оси колесной пары.
В колёсно-моторном блоке (КМБ) 6 подшипников: 2 буксовых, подшипник малой шестерни, опорный подшипник редуктора, 2 – в двигателе (со стороны колеса и со стороны редуктора). Важную роль в эксплуатации играет механическая часть, в частности, – подшипники. Их своевременная диагностика и ремонт предотвращают выход из строя электровоза на перегоне примерно в 50% случаев, обеспечивая, как минимум, способность транспортировки до пункта ТО.
3.2 Расчет поточной линии по ремонту КРБ
3.2.1 Номинальный годовой фонд времени работы оборудования
Т = 365 – (Тв + Тн) * S * 8 (3.1)
Т = 365 – (100 + 16) * 1 * 8 = 1992 ч.
где: Тв – число воскресных и субботних дней в году;
Тн – число праздничных дней в году;
S – число рабочих смен;
8 – продолжительность рабочей смены, ч.
3.2.2 Число рабочих мест при выполнении ремонта КРБ
Сi = t * Ni / Т * Ки * Кп (3.2)
Сi = 6* 330 / 1992 * 0,85 * 1,1 = 1,06 = 2
где: Ni – годовая программа ремонта;
t – среднее время на выполнение ремонта одного КРБ;
Ки – коэффициент использования оборудования по времени, принимается равным 0,85;
Кп – коэффициент, учитывающий перевыполнение норм времени, принимается равным 1,1;
Т – номинальный годовой фонд времени.
4. Средства технической диагностики КРБ
Теоретические разработки начинаются с конца 20-х годов прошлого века. Бурное же развитие средств технической диагностики происходит с 70-х годов. Магнитопорошковый, вихретоковый, акустический – современные методы диагностирования. Счёт созданных дефектоскопов идёт на тысячи.
В данном проекте рассматривается только акустический метод, в частности, – ультразвуковой. На Горьковской и Октябрьской железных дорогах наиболее распространённые приборы и комплексы: «Прогноз», ИРП, АРМИД, «Вектор-2000Е», ОМСД.
«Прогноз» выпускается в модификациях, различных количеством вибродатчиков (4–16), наличием каналов измерения температуры, мобильностью. Программное обеспечение позволяет автоматическое формирование отчётов с их последующей систематизацией. Для проведения диагностики мобильной версией необходимо два человека. По опыту ТЧ-8 (Киров) Горьковской ж.д. применение данного комплекса оказалось трудозатратным. Также имеет отрицательное значение нахождение ноутбука непосредственно под локомотивом и, как следствие, – загрязнение клавиатуры и монитора смесью смазки, воды и уличной пыли, особенно в холодное время года. Точность измерений зависит от частоты вращения КРБ.
Индикатор ресурса подшипников (ИРП) является прибором, при помощи которого можно оперативно (примерно за 0,5 часа) обследовать все КРБ электровоза. Работает в диапазоне частот 20–2000 кГц, т.е. замечает даже незначительные нарождающиеся дефекты. Эффективен при плотном графике эксплуатации и ремонта электровоза. Успешно применяется в ТЧ-8 (Санкт-Петербург – Московский) Октябрьской ж.д. Точность измерений не зависит от частоты вращения КРБ. Однако, следует заметить, что при работе с прибором возрастает умственная нагрузка на дефектоскописта, т.к. ему приходится запоминать значения уровня шума, появляющиеся на дисплее ИРП, и затем вычислять среднее арифметическое для занесения в рукописный отчёт. Индикатор не имеет соединения с компьютером, поэтому инженеру по диагностике необходимо перенести данные в цифровую форму для удобства их последующего хранения и систематизации.
«Вектор-2000Е» состоит из программной части (на компьютере) и сборщика данных (он же цифровой анализатор сигналов) СД-12. Требуется один дефектоскопист. Есть возможность подключения до 16 датчиков одновременно, балансировки вращающегося оборудования, слухового контроля вибрации через наушники. Требует жёстко фиксированную частоту вращения, поэтому эффективен лишь на электровозах с параллельной схемой включения двигателей. Имеет слабое ПО для диагностики ресурса подшипника
АРМИД – комплекс, обслуживаемый одним оператором. Маршруты обследования в сборщик данных СМ-3001 загружаются через RS-232 с компьютера. Диагностика может проводится персоналом, не имеющим специальных знаний. К сборщику подключены два датчика ВК-31. Есть возможность подключения и других высокоимпендансных совместимых. (Список прилагается в паспорте). Точность измерений не зависит от частоты вращения КРБ. Прибор выполнен во взрывобезопасном варианте по ГОСТ 22782.0–81. Это достигается за счёт искробезопасных цепей «ib» по ГОСТ 22782.5–78. Относится к классу «умещающихся в руке» (palmtop). Размеры: 282х96х36, на рис. 4.1. ПО «Armid for Windows» позволяет эффективно анализировать состояние подшипников без каких-либо специальных знаний. Имеет удобный интерфейс, возможность лёгкого импортирования данных в MS-Excel. Программа сама подготавливает отчёт и даёт рекомендации по ремонту того или иного узла. Имеет возможность представления данных как в числовой, так и в графической форме. Успешно применяется в ТЧ-8 (Киров).
После анализа состояния 1440 подшипниковых узлов, выяснилось, что больше всего страдают подшипники якоря ТЭД и МШ, а меньше всего – буксовые.
5. Применение средств технической диагностики при проведении ТР
Оптимальным из вышеперечисленных приборов и комплексов является «АРМИД». Рассмотрим его подробнее.
5.1 Функциональная блок-схема прибора
Прибор состоит из двух каналов усиления и фильтрации сигналов, каждый из которых включает: усилитель заряда, интегратор, предварительный усилитель сигнала с программируемым коэффициентом, фильтр низких частот, программируемый усилитель. Кроме того, в состав прибора входят: двухканальный АЦП, электронные ключи, программируемая логическая схема, сигнальный микропроцессор, ОЗУ, символьный дисплей и клавиатура, блок питания с искрозащитными цепями «ib».
5.1.1 Усилитель заряда
Усилитель заряда предназначен для согласования с пьезодатчиками, имеющими ёмкостный импенданс, и для компенсации потерь чувствительности измерительного тракта при применении длинных соединительных кабелей. Блок усилителя заряда выполнен на малошумящем ОУ с ёмкостной обратной связью. В режиме измерения напряжений между входным разъёмом и входом усилителя заряда включается конденсатор ёмкостью 330 пФ, что позволяет измерять сигналы от источника напряжения (а не заряда). Неравномерность частотной характеристики усилителя заряда в полосе 10-20000 Гц – не более 1% (расчётное значение). Для обеспечения измерений сигналов в 3-х каналах без перекоммутации внешних кабелей к входу усилителя заряда второго канала подсоединён программируемый электронный ключ (7), передающий на вход усилителя заряда сигналы со входа канала В или С.
5.1.2 Интегратор и предварительный усилитель
Интегратор (2) осуществляет однократное интегрирование сигнала для измерения виброскорости. Для измерения виброперемещения предусмотрено повторное программное интегрирование. Частотная характеристика интегратора имеет спад 10 дБ/дек в рабочем диапазоне частот. Интегратор может быть дезактивирован при помощи аналогового ключа. Предусилитель (3) имеет программируемый коэффициент усиления (0 или 20 дБ).
5.1.3 Фильтр низких частот и программируемый усилитель
Фильтр низких частот (ФНЧ), подсоединённый к выходу программируемого предусилителя, служит для подавления помех и шумов, а также – для устранения явления наложения спектров, возникающего при дискретизации (А-Ц преобразования) сигналов, полоса которых превышает половину частоты выборки (тактовой частоты АЦП). ФНЧ представляет собой фильтр Чёбышева 4-го порядка со спадом частотной характеристики около 24 дБ/окт. вне полосы пропускания. Частота среза ФНЧ дискретно переключается, принимая значения 25 кГц и 3,5 кГц. Ко входу ФНЧ в первом канале подсоединён электронный ключ, обеспечивающий возможность измерения сигналов с датчиков теплотехнических параметров, или любых других сигналов с напряжением (амплитудное значение) 100 мВ-6 В или токовых сигналов 0,2–20 мА. Особенностью данного тракта является передача постоянной составляющей сигналов.
Программируемый усилитель, подключённый к выходу ФНЧ, имеет коэффициент усиления 0 или 10 дБ.
5.1.4 Аналого-цифровой преобразователь
АЦП (6) осуществляет 16-тиразрядное преобразование усиленных и отфильтрованных сигналов по 2-м каналам одновременно. Динамический диапазон, обеспечиваемый АЦП, равен 80 дБ. Выходные данные передаются в последовательном коде на вход последовательного порта сигнального процессора.
Синхронизация ввода данных при работе в синхронном режиме осуществляется путём подачи сигнала внешней синхронизации (например, сигнала с датчика оборотов) через формирующий триггер Шмитта, реализованный на программируемой логической схеме (ПЛИС) (9), на вход запроса прерывания процессора (10).
5.1.4 Программируемая логическая схема (ПЛИС)
На ПЛИС (9) выполнены все необходимые цифровые схемы прибора:
формирователь сигнала синхронзации;
схема управления памятью (11);
интерфейс клавиатуры и дисплея (12);
схема управления часами реального времени.
ПЛИС обеспечивает связь сигнального микропроцессора (10) с компьютером через интерфейс RS-232С.
5.1.5 Блок питания
Напряжение 5,5–7,0 В от внутренних аккумуляторов подаётся на блок питания (13), который вырабатывает стабилизированные напряжения +5В и –5В для питания цифровых и аналоговых микросхем. Поскольку все источники питающих напряжений включаются только на время ввода сигналов, потребление энергии прибором весьма мало (около 2 мА в режиме ожидания, не более 100 мА в режиме работы). Примерно через 30 сек после окончания измерения сигналов прибор переходит в режим пониженного энергопотребления (ток около 2 мА). При разряде аккумуляторных батарей к ним остаются подключёнными только микросхемы памяти, способные сохранять данные при падении напряжения до 2В.
5.2 Краткое описание схемы электрической принципиальной
5.2.1 Аналоговая плата (узел печатный СМ.3001.003-А3)
Аналоговый тракт прибора СМ-3001 состоит из 2-какнального усилителя заряда, собранного на операционном усилителе AD822, 2-канального интегратора AD822, 2-канального предусилителя AD822, 2-канального ФНЧ MAX270, АЦП AD1877.
Входные сигналы от вибродатчиков подаются на разъёмы Х1/Х2/Х3. обработка происходит по двум каналам Х1/Х3 синхронно, а по каналам Х1/Х2 – последовательно. Сигналы с разъёмов Х1, Х2 подаются на вход первого усилителя заряда D1A через многоканальный программируемый коммутатор МАХ335, причём, в одно и то же время обработка сигнала может осуществляться только с одного из этих разъёмов. Второй усилитель заряда постоянно соединён с разъёмом Х3. таким образом, обработка сигнала по каналу Х2 осуществляется после того, как будут обработаны сигналы по каналам Х1 и Х3.
Сигналы с разъёмов Х1/Х3 через резисторы и конденсаторы поступают на контакты 7/10 коммутатора. Выбранный канал с выхода 8 или 9 поступает на вход 2 первого усилителя заряда. С разъёма Х3 сигнал также через резистор и конденсатор поступает на вход 6 второго усилителя заряда. Далее сигналы поступают через конденсатор на вход интегратора для преобразования сигнала виброускорения в сигнал виброскорости. В состав интегратора входит интегрирующая RC-цепь, а также резистор обратной связи, корректирующий коэффициент усиления интегратора.
С интегратора сигнал поступает через коммутатор и конденсатор на вход предусилителя. Если нет необходимости интегрировать обрабатываемый сигнал (режим измерения виброускорения), оба интегратора шунтируются этим же коммутатором. В этом случае сигналы подаются на его выводы 20/13 и снимаются с выводов 19/14.
Далее сигнал через конденсатор поступает на вход предусилителя (вывод 3/5). Его коэффициент усиления может иметь два значения и может изменяться посредством включения / выключения резистора в цепь (из цепи) ООС коммутатора.
С предусилителя сигнал через коммутатор поступает на вход ФНЧ (МАХ270, содержащей в себе 2 ФНЧ). Оба включены последовательно друг за другом для увеличения крутизны в области частоты среза. Также на вход ФНЧ может подаваться внешний сигнал с входов по току / напряжению. К этим входам можно подключать датчики, имеющие выход по току / напряжению. Сигнал от таких датчиков поступает через выводы 8,7 коммутатора. Выход предусилителя в этом случае отключается размыканием выводов 5,6 коммутатора.
Коммутаторы (МАХ335) управляются тремя сигналами, приходящими с цифровой платы прибора. Коммутатор имеет последовательный интерфейс загрузки управляющего байта, причём несколько таких микросхем могут соединяться в последовательную цепочку (выход данных предыдущей микросхемы соединяется со входом данных следующей). В этой схеме линия данных, идущая от цифровой платы, соединена со входом DIN-коммутатора.
Сигналы синхронизации данных идут ко входам обоих коммутаторов.
Сигнал с выхода фильтра через интегрирующую цепочку поступает на входы АЦП. Тактовые импульсы для него на вход поступают по линии CLKI, приходящей с цифровой платы прибора. АЦП имеет последовательный интерфейс для передачи оцифрованного сигнала. В передаче данных задействованы 4 линии: SOUT – данных, BCLK – синхронизации битов данных, WCLK – синхронизации слова данных, LRCK – синхронизации канала. Данные от АЦП поступают на цифровую плату прибора для дальнейшей обработки информации.
На аналоговой плате расположена также микросхема МАХ3241 для сопряжения с интерфейсом RS-232C. Через неё осуществляется связь прибора с компьютером в режиме обмена данных. Передача/приём данных происходит в синхронном режиме. Такой режим работы интерфейса возможен при использовании линий состояния / управления модемом. Управление питанием осуществляется компаратором МАХ931 (D3).
На аналоговой плате собран также блок питания прибора, преобразующий питание от аккумуляторной батареи в четыре постоянных напряжения для питания разных частей схемы. Напряжение +5d используется для питания, микросхемы ПЛИС и регистра 564ТМ2 цифровой платы прибора. Это же напряжение используется для питания микросхемы сопряжения с интерфейсом, расположенной на аналоговой плате прибора. Напряжение +Vram используется для питания микросхем статического ОЗУ – UM621024, а также счётчика реального времени RTC4513, которые расположены на цифровой плате. Напряжение +5an –5an используется для питания аналоговой части прибора. Управление питанием осуществляется компаратором МАХ931 (D3). Преобразование питания для работы АЦП осуществляется ОУ МАХ402 (D14), также расположенным на аналоговой плате.
5.2.2 Цифровая плата (узел печатный СМ.3001.004-А2)
На цифровой плате прибора располагается микросхема ПЛИС X3042PQ100, процессор TMS320C50 и микросхемы статического ОЗУ UM621024.
Сигнал с датчика оборотов ДО-01 подаётся на вход SYNC, который соединён со входом триггера Шмидта, входящего в состав ПЛИС. С выхода триггера сигнал подаётся на линию прерывания INT3 процессора.
ПЛИС обеспечивает аппаратное взаимодействие процессора с периферийными устройствами и статическим ОЗУ. На ней также собран кварцевый генератор, вырабатывающий тактовые импульсы для процессора и АЦП. Эти импульсы поступают на вход синхронизации CLKIN2 процессора и вход CLKIN микросхемы АЦП.
Триггер 564ТМ2 используется для управления режимами питания. При переходе схемы в режим пониженного потребления на входе этой схемы генерируется высокий логический уровень, который опрокидывает триггер в ноль. В результате на выходе будет низкий логический уровень. Он подаётся на ПЛИС, переводя её в состояние пониженного энергопотребления, тактовый генератор при этом выключается. Переход в данный режим инициирует процессор, который записывает в соответствующий бит одного из своих портов нулевое значение. Этот порт находится внутри микросхемы ПЛИС. После этого процессор выполняет программу IDLE2, которая переводит его в режим пониженного энергопотребления. В этом состоянии процессору не требуются тактовые импульсы, и потребляемый процессором ток снижается до 5 мкА.
Для выхода системы из режима пониженного энергопотребления необходимо замкнуть контакты клавиатуры KBD0 и KBDO0, при этом на тактирующем входе триггера сформируется импульс, который запишет высокий логический уровень со входа 5 и передаст его на выход 1. при этом на входе 29 ПЛИС будет высокий потенциал, который переведёт её в активный режим – будет включён тактовый генератор, после чего на выводе 71 микросхемы будет сгенерирован отрицательный импульс внутренней логикой ПЛИС. Он подаётся на вход NMI процессора, вызывая немаскированное прерывание, по которому процессор переходит к выполнению процедуры выхода из режима пониженного энергопотребления и восстановления рабочего состояния.
Микросхема RTC4513 является счётчиком реального времени. Установка и чтение текущего времени осуществляется по трём линиям последовательного интерфейса: CE, CLK, DATA. Вывод CE является входом разрешения чтения / записи, CLK – тактирования данных, DATA – вход / выход последовательных данных. Все три провода подсоединены к ПЛИС, через внутреннюю логику которой процессор осуществляет взаимодействие со счётчиком реального времени.
Процессор имеет в своём составе два порта последовательного интерфейса. Оба работают в режиме приёма данных. Первый используется для связи с компьютером в режиме обмена информацией. Второй – для приёма данных от АЦП, расположенного на аналоговой плате прибора.
5.2.3 Клавиатура (А6)
Клавиатура FT900–70349021, представляющая собой матрицу контактов 7х3, которая подключается к разъёму (Х6) на цифровой плате, который в свою очередь соединён с ПЛИС. Работа клавиатуры управляется процессором посредством внутренней логической схемы. Выходы 49–51 являются тремя битами одного из портов адресного пространства процессора, входы 42–48 также включены в адресное пространство портов процессора, из которых осуществляется чтение 7-битного слова состояния клавиатуры.
При опросе клавиатуры процессор поочерёдно выставляет низкий логический уровень на одном из выходов 49–51 ПЛИС, записывая соответствующее значение в порт вывода. После этого он читает из другого порта 7-битное значение, которое присутствует на входах 42–48 ПЛИС. Если какой-то из этих битов имеет нулевое значение, процессор вычисляет значение нажатой клавиши и переходит на обработку команд от клавиатуры.
5.2.4 Дисплей (А1)
Дисплей L163400Р000 представляет собой жидкокристаллическую матрицу размером 16х4, которая подключается к группе контактов (ХР9) на цифровой плате, которая в свою очередь соединёна с ПЛИС. Управление работой дисплея осуществляется процессором посредством внутренних регистров ПЛИС. Дисплей имеет три линии управления и 8-линейную двунаправленную шину данных. Первая линия управления осуществляет выбор устройства, вторая – режим чтение / запись, третья – выбор внутреннего регистра команд дисплея. Питание дисплея осуществляется от источника питания МАХ603 +5В.
5.2.5 Блок аккумуляторный (А5)
Осуществляет общее питание прибора и подключаемого к нему датчика оборотов ДО-01. Блок включает 5 элементов размера АА (1.2В), искрозащитные резисторы и два сопротивления на линии зарядки и подачи питания на платы. Питание подаётся на аналоговую плату (контакты ХР10) через разъёмное соединение (вилка СМ.3001.008-А4). На аналоговой плате также установлен предохранитель для защиты от короткого замыкания. Зарядка осуществляется от зарядного устройства, которое подключается к внешнему разъёму (Х5).
Заключение
В проекте были изучены наиболее распространённые на Октябрьской и Горьковской железных дорогах современные виброакустические системы диагностики и приборы. Из них выбрана оптимальная. Она имеет скоростной интерфейс с персональным компьютером, возможность специальной обработки результатов измерения при помощи ПО, создания собственных баз данных и их импортирования. Прибор имеет эргономичный влагозащищённый и взрывозащитный корпус, возможность хранения данных в памяти до 24 часов без элементов питания, работы от –10 до +55 ˚С.
В разработках будет полезна функция определения вида дефекта, его геометрических параметров и местоположения.
Доказана экономическая эффективность внедрения комплекса АРМИД, период окупаемости – меньше года.
Список литературы
1. С.А. Марлин, В.С. Потапенко. Ультразвуковая акустико-эмиссионная диагностика подшипниковых узлов. – В мире НК. 2001, №2 (12), с. 62–64.
2. «Эксплуатация и технология технического обслуживания электрического подвижного состава». Ю.С. Боголюбов, К.А. Архипов. С-Пб. 1999.
3. В.С. Наговицын, А.Н. Головаш, В.И. Щедрин, В.Ю. Тэттер. Комплексы вибродиагностики сегодня и завтра. №7, 2000 г., с. 23–24.
4. В.Ф. Филиппов, А.П. Зеленченко, С.А. Марлин, В.С. Потапенко. Ультразвуковая диагностика подшипников. №5, 2000 г., с. 15.
5. В.А. Алексеев. Неразрушающий контроль: грани комплексного подхода. №9, 2001 г., с. 2–4.
6. С.В. Фадеев, А.А. Сергеев, В.А. Смирнов. Комплекс диагностики колёсно-редукторных блоков. №7, 2002 г., с. 22–24.
7. «Ремонт электроподвижного состава промышленного транспорта». Г.Д. Забелин, Д.А. Курасов. – М.: Транспорт, 1982.
8. «Производственно-финансовый план электровозного депо», методические указания к выполнению экономической части дипломных проектов. А.В. Мудролюбова, Л.А. Бахарева. С-Пб, ПГУПС, 2005.
9. «Правила по охране труда при техническом обслуживании и текущем ремонте тягового подвижного состава» – М. Транспорт, 1999.
10. «Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций», учебное пособие, ч. 1. П.Ф. Махонько, В.М. Подшивалов. С-Пб, ПГУПС, 2000.
11. «Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях на объектах железнодорожного транспорта», методические указания для разработки дипломного проекта. П.Ф. Махонько, В.М. Подшивалов. Военная кафедра, цикл БЖЧС. С-Пб, ПГУПС, 2001.
|
Виброаккустическая диагностика колесно-редукторных блоков электровозов.rtf (3.83 Мб)
Последний раз редактировалось Admin; 04.03.2014 в 05:40.
|
24.08.2011, 18:49
Похожие темы
Почта
