[08-2024] Развитие систем вибрационного диагностирования тягового подвижного состава
 

Развитие систем вибрационного диагностирования тягового подвижного состава

А.Г. КИРДЯШКИН, генеральный директор,
С.А. СЛИНКИН,начальник отдела дистанционного контроля качества технического диагностирования,
В.В. БАСАКИН, начальник группы разработки и внедрения диагностических систем,
ОАО «Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта» (ОАО «НИИТКД»)

Ключевые слова: сервисное обслуживание, локомотив, механическая часть, вибродиагностика
Вибрационное диагностирование широко распространено во многих отраслях, в том числе и железнодорожной, где уделяется повышенное внимание техническому состоянию подшипниковых узлов. Активное внедрение средств вибрационного диагностирования в локомотиворемонтных компаниях началось в самом начале 2000-х годов.
Важно, чтобы локомотив исправно эксплуатировался и обладал высокой степенью надежности. От этого зависят и безопасность движения, и финансовая составляющая компаний. В силу естественного старения и других обстоятельств, подвижной состав время от времени приходит в негодность. Если выходит из строя кузовное оборудование, то еще есть возможность сбора аварийной схемы для вывода поезда с перегона, а когда повреждается подшипник экипажной части локомотива, то такая возможность есть далеко не всегда.
Со временем пришло понимание того, что с помощью диагностирования можно не только контролировать текущее техническое состояние подшипников, но и прогнозировать безопасный интервал пробега.


На сегодняшний день процесс проведения работ по вибрационному диагностированию регламентируется руководящим документом ПКБ ЦТ.06.0050 «Вибрационное диагностирование узлов локомотивов» и инструкцией ПКБ ЦТ.25.0142 «Проведение вибрационного диагностирования подшипников качения колесно-моторных, колесно-редукторных блоков, тяговых электродвигателей и колесных пар локомотивов».
Работа на предприятиях тяжелой промышленности, локомотиворемонтных организациях связана с высокими рисками травмирования на производстве. Именно поэтому, согласно п. 8.17.1 инструкции ПКБ ЦТ.25.0142 при проведении диагностических измерений в рабочей зоне должны находиться только специалисты, задействованные в процессе проведения измерений. Все остальные работники должны быть удалены из зоны выполнения работ. Именно поэтому так важны производительность труда, производительность оборудования, которые непосредственно влияют как на суммарную производительность диагностики, так и на общую производительность и эффективность локомотивного ремонтного производства в целом.
По факту, для снижения времени простоя локомотива в депо, работы по диагностированию выполняются параллельно цикловым работам по обслуживанию локомотивов. Несоблюдение данного требования влечет за собой риски травмирования слесарей и других работников в депо, риски повреждения электрической и механической части локомотивов, а также и диагностического оборудования.
Современные комплексы вибродиагностирования, с большим количеством каналов измерений позволяют снизить риски, уменьшить количество случаев производственных травм, а также значительно снизить время проведения работ по диагностированию подшипниковых узлов локомотивов. Например, комплекс оперативного диагностирования «Прогноз-ПРО» имеет в своем
составе до 16 каналов, измерения происходят параллельно по всем каналам, что позволяет снизить до 40 секунд время диагностирования одного объекта.

На оценочный ресурс, измеряемый в километрах пробега, выдаваемый программой или специалистами по вибрационному диагностированию, влияние оказывают множество факторов. На основании установленных причин неисправностей подшипниковых узлов в эксплуатации можно сделать вывод, что основными первоисточниками выхода из строя являются нарушение технологии ремонта и обслуживания локомотивов, применение некачественных запасных частей.
Отказы локомотивов в эксплуатации напрямую связаны с человеческим фактором. В связи с естественным износом локомотивного парка и снижением квалификации специалистов все чаще допускаются нарушения технологии ремонта при проведении плановых видов технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (ТР). Большинство отказов в процессе реальной эксплуатации происходит стремительно, при этом признаки дефектов при диагностировании не проявляются. Например, смешение двух типов смазок в подшипниковом узле сложно проконтролировать переносными системами диагностирования в связи с тем, что даже редукторной смазки хватает для штатной работы узла без значимо повышенного трения.
Так как скорость развития дефектов подшипников, например, сепаратора (рис. 1), меньше межремонтного интервала, то отказы возникают стремительно. Повышенные нагрузки на подшипниковые узлы вследствие воздействия от смежных узлов также приводят к различным, в том числе внезапным, отказам. Например, это спресс шестерни или ее неисправность, нарушение межосевого расстояния зубчатой передачи и т.д.

Другими словами, основной проблемой на сегодняшний день остаются быстроразвивающиеся отказы в эксплуатации, связанные с нарушением технологии ремонта подшипниковых узлов, зубчатых передач мощности. Решением в части предупреждения таких отказов является применение бортовых систем и повышение глубины диагностирования.
Специалисты ОАО «НИИТКД» имеют многолетний опыт как в разработке диагностического оборудования «Прогноз», так и в организации работ по диагностике, мониторингу технического состояния и прогнозной оценке эффективного периода эксплуатации узлов роторного оборудования подвижного состава железных дорог по параметрам вибрации.
Специалистами нашего предприятия совершенствовались и продолжают совершенствоваться подходы к организации работ по диагностированию локомотивов. Выстроена единая вертикаль управления вибрационным диагностированием с единым информационным пространством для взаимодействия специалистов всех подразделений и регионов, организована защита результатов работы с помощью QR-кодирования.


Современные диагностические комплексы совершенствуется как с точки зрения конструкции и метрологических характеристик, так и сточки зрения автоматизации постановки диагноза, увеличения глубины диагностирования и расширения номенклатуры выявляемых дефектов. Благодаря накопленному опыту специалисты ОАО «НИИТКД» создали современную систему диагностики и мониторинга технического состояния роторного оборудования промышленности и транспорта. Комплекс оперативного диагностирования «Прогноз-ПРО» (рис. 2) способен проводить оценку технического состояния роторных машин и агрегатов, автоматическое определение дефектов путем измерения и анализа параметров вибрации во временной и частотных областях.
Комплекс состоит из трех уровней.
Уровень датчиков — первый уровень системы включает первичные преобразователи (датчики), устанавливаемые на контролируемые узлы в места и способами, выбранными в соответствии с нормативной документацией.
Уровень измерительных устройств и модулей включает адресуемые измерительные модули, к которым подключаются кабели, идущие с первого уровня системы (уровня датчиков). Модули обеспечивают самоконтроль, питание датчиков, пе
риодический параллельный (одновременный) опрос датчиков с установленными параметрами опроса (измерение выходных сигналов с них), фильтрацию сигналов, коррекцию данных, аналого-цифровое преобразование, подготовку и передачу оцифрованных данных на аналитико-информационный уровень. Кроме того, данный уровень включает коммутирующие устройства, объединяющие измерительные модули с аналитико-информационным уровнем.



© Аналитико-информационный уровень включает персональный компьютер (ноутбук, планшет) с предустановленным программным обеспечением. Под управлением программного обеспечения реализуются:

• Ф работа измерительных устройств и модулей, сбор данных от них;
• Ф цифровая обработка;
• ф расчет параметров вибрации, скоростей их изменения во времени;
• Ф формирование статистических характеристик, прогнозных оценок и других параметров, используемых в качестве диагностических.

Также выполняются:

• > сравнение значений характеристик и параметров с критическими уровнями;
• > статистическая оценка массивов данных, в том числе временных рядов;
• > агрегация данных;
• > подготовка отчетных форм;
• > визуализация оценок, графиков различных форм представления сигналов и трендов (зависимостей изменения параметров во времени) на экране, формируются выходные формы для возможности их интеграции с внешними АСУ или аналитико-информационными системами верхнего уровня.

Методы современной вибродиагностики в основном направлены на поиск механических источников неисправностей. При этом практически не уделяется внимание электромагнитным источникам. Статистика неплановых ремонтов локомотивов указывает на то, что на неисправности подшипников качения приходится 5 — 8 %, а на электромагнитные неисправности ТЭД — около 12 — 15 %. Реализованный в комплексе конструктор дефектов существенно расширяет его функционал и возможности.
В комплексе оперативного диагностирования «Прогноз-ПРО» заложен не только алгоритм выявления дефектов подшипниковых узлов, но и дефектов электромагнитной системы двигателей.
Предусматривается возможность выявления таких дефектов, как:

• J обрыв или замыкание обмоток якоря и возбуждения;
• J пробой изоляции;
• J дефекты коллекторно-щеточных узлов;
• J эксцентриситет якоря и статора.

Комплекс обладает и другими функциями, среди которых:

• ❖ анализ сигналов вибрации в контрольных точках объектов диагностирования с построением спектров вибрации, спектров огибающей вибрации, оценку пиковых и среднеквадратичных значений в широких полосах частот;
• ❖ обработка результатов анализа, сравнение полученных параметров с пороговыми значениями и выдача экспертных оценок (диагнозов) по вибрационному состоянию контролируемого узла, по виду и величине каждого из возможных дефектов;
• ❖ обработка результатов анализа вибрации в контрольных точках идентичных объектов диагностирования с выдачей величин групповых порогов для мониторинга и диагностирования в каждой точке контроля;
• ❖ диагностирование подшипников качения в составе механической, в том числе зубчатой, передачи при совпадении значительной части признаков дефектов подшипников и других элементов передачи;
• ❖ графическое отображение выходного сигнала, трендов изменения параметров на экране персонального компьютера;
• ❖ формирование протокола, печать и хранение его в памяти;
• ❖ предоставляемый пользователю интерфейс исключает возможность несанкционированного влияния на программное обеспечение и базу данных;
• ❖ программное обеспечение позволяет осуществить конфигурирование оборудования и настройку пороговых значений диагностических признаков по статистике.

У современного комплекса «Прогноз-ПРО» есть ряд преимуществ среди аналогичных средств измерений, применяемых на железнодорожном транспорте РФ:

• • исполнение с гальванической развязкой измерительной системы;
• • отсутствие потребности в питании 220 В — работа от аккумуляторных источников питания;
• • современный удобочитаемый мнемонический интерфейс (рис. 3);
• • защита от фальсификации (проверка идентичности замеров);
• • синхронный и одновременный съем данных со всех каналов (до 16);
• • время диагностирования 40 с на один колесно-моторный блок (КМБ) или на один колесно-редукторный блок (КРБ);
• • динамический диапазон 92 дБ;
• • экспертные правила идентификации дефектов зубчатых передач, электромагнитной системы и коллекторно-щеточного узла тягового двигателя, а также элементов подвешивания и крепления узлов;
• • повышение достоверности диагностирования благодаря определению нормативных показателей на основании статистических методов, учитывающих вероятностные процессы изменения технического состояния узлов КМБ;
• • повышение глубины и полноты диагностирования благодаря применению методов вибрационной оценки электромагнитной системы тяговых электрических двигателей;
• • автоматическое принятие решения.

Комплекс является средством измерения утвержденного типа, внесен в реестр средств измерения, применяемых в ОАО «РЖД». Алгоритмические методы, содержащиеся в программном обеспечении, защищены авторским свидетельством на программу для ЭВМ.

В заключение необходимо отметить, что важную роль в работе играет обучение, так как от грамотных действий каждого конкретного специалиста зависят результат диагностирования, диагноз и принятое решение. Грамотными специалистами в области диагностирования становятся в результате обучения, наработки опыта и постоянного повышения уровня теоретических знаний и практических навыков. Этот процесс длительный и может занимать десятки лет. При всех своих преимуществах и возможностях диагностического оборудования, на начальном этапе его внедрения не обойтись без квалифицированных специалистов, благодаря которым полностью автоматический диагноз станет возможным уже в ближайшем будущем. Поэтому так важно сейчас сохранить и приумножить квалифицированный персонал в ремонтных депо.

Библиография

1. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2010. — 28 с.
2. Проведение вибрационного диагностирования подшипников качения колесно-моторных, колесно-редукторных блоков, тяговых электродвигателей и колесных пар локомотивов. Технологическая инструкция ПКБ.ЦТ.25.0142. — Москва, 2012.
3. Вибрационное диагностирование узлов локомотивов. Руководящий документ ПКБ ЦТ.06.0050. — Москва, 2012.