авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Научные и технические основы бесконтактного теплового контроля букс железнодорожного подвижного состава

-- [ Страница 4 ] --

В разделе 3 экспериментально было установлено, что при ослаблении посадки внутреннего кольца на ось может возникнуть ситуация, когда внутреннее кольцо вследствие заклинивания роликов стоит на месте с обоймой роликов, а вращается ось внутри кольца. Поскольку данный режим является наиболее опасным с точки зрения развития аварийной ситуации, особенно в случае сухого трения между осью и внутренним кольцом, проведено моделирование данного процесса. Результаты моделирования показывают, что средний расчетный темп нагрева оси при провороте внутреннего кольца одного из подшипников в зависимости от параметров трения составляет от 8 до 37 град/мин. Это говорит о том, что за 25 минут (интервал соответствует времени движения вагона на скорости 60 км/час между двумя соседними постами теплового контроля) от начала заклинивания роликов ось под проворачивающимся внутренним кольцом может нагреться в зависимости от условий трения от 266 до 800 С. Это может служить основанием для определения рациональной величины уменьшения расстояния между пунктами теплового контроля.

В пятом разделе приводятся результаты разработки и технического воплощения распределенной системы теплового контроля и мониторинга нагрева буксовых узлов.

Многолетний опыт эксплуатации технических средств контроля показывает, что наилучшие результаты могут быть достигнуты при слежении за нагревом букс по нескольким постам контроля. Это позволяет применить новые диагностические признаки, связанные с динамикой нагрева буксы. С учетом структуры и принципов обслуживания подвижного состава в пути следования сформирована схема передачи информации от устройств контроля перегретых букс. В соответствии с данной схемой разработана архитектура распределенной системы. Архитектура системы имеет сетевую иерархическую топологию (рисунок 14). Таким образом, в соответствии со структурой организации ОАО «РЖД» структура распределенной системы, которая получила производственное название АСК ПС (Автоматизированная система контроля подвижного состава), строится с выделением следующих уровней:

1 уровень – Линейный (измерительная подсистема в виде средств теплового контроля на перегоне и подсистема концентрации данных от СТК);

2 уровень – Дорожный;

3 уровень – Центральный.

В состав технических средств, образующих 1 уровень, входит разработанная с использованием проведенных исследований СТК КТСМ-02.

Создание КТСМ-02 (Комплекс Технических Средств Многофункциональный) базировалось на принципе построения многофункциональной напольной системы диагностики подвижного состава. В комплекс может включаться до пятнадцати подсистем контроля состояния подвижного состава, напольное оборудование которых с первичными преобразователями (датчиками и дополнительными устройствами) размещается на насыпи, рядом или на верхнем строении пути соответственно проводимым подсистемами измерениям. На основании выводов, полученных в исследованиях для напольного оборудования подсистемы КТСМ-02 Б (контроль нагрева букс) разработана специальная малогабаритная напольная камера КНМ-05, которая устанавливается на подошве рельса, как показано на рисунке 15.

По важнейшим показателям назначения и экономическим показателям разработанный многофункциональный комплекс КТСМ-02 превосходит все эксплуатируемые на железных дорогах ОАО «РЖД» средства теплового контроля буксовых узлов.

Согласно общей структурной схеме АСК ПС (см. рисунок 14) данные от измерительной подсистемы (установок КТСМ) поступают в сеть передачи данных (СПД) на базе концентраторов информации КИ6М, разработанных при участии автора. СПД предназначена для организации информационного обмена между территориально рассредоточенными источниками и потребителями информации с максимально эффективным использованием каналов и линий связи и ОАО «РЖД».

Прикладное программное обеспечение АСК ПС состоит из автоматизированных рабочих мест оператора линейного поста контроля (АРМ ЛПК) и центрального поста контроля (АРМ ЦПК), обеспечивает решение следующих основных задач:

– автоматический прием информации от средств теплового контроля;

– автоматическое формирование сигналов тревог и оповещения при перегреве букс;

– просмотр и анализ архивов сохраненной информации в интерактивном режиме;

– выдачу архивных и статистических данных о работе СТК;

– изменение параметров настройки пороговых значений Тревог.

Программные средства АРМа ЦПК позволяют также осуществлять:

-слежение за развитием в поезде дефектов (мониторинг) на участке.

В основе информационного обеспечения распределенной системы теплового контроля лежит разработанная апостериорная модель распознавания классов состояния буксового узла. Разработка модели состоит из следующих процессов:

– обоснование выбора диагностических признаков;

– расчетно-апостериорный метод определения контрольных значений диагностических признаков.

Согласно исследований, проведенных С.П. Лозинским, Е.Е. Трестманом, В.И. Самодуровым, В.Л. Образцовым, а также опыта эксплуатации СТК, накопленного автором данной работы, при тепловом контроле буксовых узлов могут использоваться несколько диагностических признаков.

На основании определения потенциальной информативности признаков и анализа исследований упомянутых авторов будем использовать два базовых признака распознавания: амплитуда сигнала букс (уровень – Ur) и отношение амплитуды сигнала каждой буксы вагона к среднему значению амплитуд сигналов остальных букс Urcр по соответствующей стороне вагона (отношение – Otn).

Рассмотрим полученные путем обработки сигналов от букс в эксплуатации распределения вероятности исправных и неисправных букс для двух диагностических признаков (Ur, Otn). Данные собирались на Свердловском отделении дороги от букс проходящих поездов с установок КТСМ-01 в течение 2006 года. Распределение вероятности для класса исправных состояло из выборки: 6 500 000 букс (апрель – декабрь 2006 года), для класса неисправных букс – выборки – 1200. На рисунке 15 приведено пересечение опытных распределений двух классов состояний букс. Задача распознавания состоит в определении уравнения линии вида D (Ur, Otn), которая, проходя по рассматриваемому пространству (плоскости в нашем случае), минимизировала бы вероятность суммарной ошибки распознавания неисправных букс по двум признакам. Назовем эту линию для удобства пороговой кривой, которая определяет границу между классами разных состояний.

Теоретическое решение задачи определения разделяющей функции в условиях неоднозначности распределений (см. рисунок 16) приведет к большому числу ошибок распознавания, что недопустимо для железнодорожной отрасли.

Предложено пороговую кривую в пространстве значений признаков Ur, Otn образовывать наложением трех пороговых ограничений (см. рисунок 16):

1) порог только по уровню относительной (избыточной) температуры нагрева буксы (признак Ur), определенному предельно допускаемым в эксплуатации нагревом подшипников;

2) пороговое ограничение в зоне пересечения областей значений обоих признаков для классов исправных и неисправных букс (в так называемой «зоне неопределенности»);

3) пороговое ограничение для букс с большим нагревом относительно других букс в вагоне (признак Otn).

Рассмотрим правила образования каждого порогового ограничения.

Для первого ограничения лимитирующей температурой нагрева служит абсолютное значение температуры недопустимого в эксплуатации процесса каплепадения смазки. Зная данную температуру, через коэффициент передачи относительной температуры с подшипника на зону контроля корпуса буксы (определенный с помощью термомеханической модели) находим пороговую относительную температуру на корпусе в зоне контроля.

Для второго ограничения в зоне неопределенности предлагается на базе имеющегося богатого статистического материала применить коэффициент, представляющий соотношение количества (вероятности) неисправных букс к количеству исправных букс. Для одномерного распределения

.

Для двумерного (по двум признакам Ur,Otn) запишется в виде

,

где РН(Ur,Otn), РИ(Ur,Otn) – частость неисправных и исправных букс;

fН(Ur,Otn), fИ (Ur,Otn) – частота неисправных и исправных букс;

NН, NИ – общее количество неисправных и исправных букс.

В результате по рассчитанным принятым диапазонам значений коэффициента К можем построить множество пороговых кривых для зоны 2, каждая из которых будет отражать определенную известную нам степень риска от минимального значения до максимального.

Для третьего ограничения для букс с высоким относительным нагревом необходимо использование нового признака, производного от признаков Ur и Оtn (признак «Разность»):

Рi = Uri – Urср. = Uri(1–1/Otni).

Разность значений признака Ur рассматриваемой буксы и среднего значения по вагону Urср можно трактовать как перегрев буксы относительно «нормального» уровня нагрева для данного режима. Потенциал признака «Разность» можно повысить за счет применения статистического алгоритма расчета «нормального» уровня нагрева букс.

С использованием разработанной апостериорной методики определения порогов теплового контроля выбираются соответствующие пороговые значения для СТК на территории России и утверждаются ОАО «РЖД».

В заключение остановимся кратко на основных результатах внедрения программно-технических средств распределенной системы теплового контроля и мониторинга нагрева буксовых узлов. В диссертации приводится график влияния объема внедрения КТСМ по годам на уменьшение браков по буксовому узлу. Напомним, что браки по буксовому узлу составляют около 60 % всех браков по вагонному хозяйству. В диссертации приведены также графики, которые показывают, что с увеличением объемов внедрения КТСМ и АСК ПС на сети дорог происходит снижение задержек поездов и снижение отказов средств теплового контроля.

По данным Департамента вагонного хозяйства о работе СТК за 1-е полугодие 2008 г., в диссертации выполнена оценка вероятностных характеристик работы распределенной системы контроля и мониторинга на сети дорог ОАО «РЖД». Получены следующие значения: вероятность ложной тревоги РЛТ = 6,48х10-8 и вероятность пропуска неисправных букс: РПР = 3,55х10-10.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны условия реализации предложенного метода исследования бесконтактного теплового контроля различных типов буксовых узлов с цилиндрическими и коническими роликоподшипниками, что обеспечило получение научно обоснованных технических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта России и СНГ.

Нижеприведенные выводы, результаты и рекомендации являются основными составными частями решенной проблемы.

1. Впервые создан комплекс математических моделей бесконтактного теплового контроля, системно интегрирующий моделирование следующих процессов: действие нагрузок на буксовый узел во время движения вагона, выделения тепла в зонах трения, распространения тепловых потоков от подшипников к шейке оси и к наружным поверхностям, доступным для теплового контроля зон корпусов букс, излучения тепловой энергии в ИК области спектра, восприятия ИК излучения приемником напольных средств контроля при воздействии различных дестабилизирующих факторов внешней среды с учетом различных геометрических параметров корпусов букс и ориентации сканирующей системы.

Вычислительная реализация комплекса математических моделей позволяет проводить имитационное моделирование процессов теплового контроля и разрабатывать рекомендации по созданию новых систем теплового контроля и совершенствованию технологии контроля базовыми системами, существенно сократив объем экспериментальных исследований.

2. Разработан и реализован комплекс экспериментальных исследований для изучения температурных режимов буксовых узлов с различными типами подшипников в работоспособном и предаварийном состояниях при наличии наиболее часто возникающих в эксплуатации неисправностей. Комплекс включает в себя исследования на стенде, в поездных условиях и в процессе подконтрольной эксплуатации с контактными и бесконтактными измерениями температур и относительных уровней нагрева буксовых узлов.

3. Полученные при инструментальных измерениях распределения температур буксовых узлов в поездных и стендовых условиях, в сравнении с результатами расчетов на термомеханической модели, сопоставимы качественно и количественно (расхождение не более 10 %).

4. Разработана на базе созданных математических моделей методика оценки контролепригодности ходовых частей подвижного состава к тепловой бесконтактной диагностике букс, которая может быть использована для оценки эффективности применяемых средств теплового контроля и при проектировании нового подвижного состава.

Методика применена для оценки контролепригодности буксовых узлов локомотивов постоянного и переменного тока различных серий, грузовых и пассажирских вагонов нового поколения, в том числе с коническими подшипниками кассетного типа. Результатом применения методики явилось:

– обоснование преимуществ контроля установками КТСМ-02 высокоскоростного пассажирского подвижного состава на тележках моделей 68-4076, 68-4075, что было в первую очередь внедрено (замена КТСМ-02 на КТСМ-01) на магистралях ОАО «РЖД» с высокоскоростным движением;

– для обеспечения полноценного контроля буксовых узлов локомотивов обосновано комбинированное применение установок КТСМ-01 и КТСМ-02, что привело к созданию на железных дорогах ОАО «РЖД» специализированных пунктов контроля.

5. Исследованиями на моделях установлено, что нагрев колес при различных режимах торможения (кратковременном, длительном) колодочным тормозом, а также при движении с неотпущенными тормозами, незначительно сказывается на нагреве буксовых узлов (в пределах погрешности напольных средств теплового контроля). Нагрев тормозных дисков скоростных пассажирских вагонов при различных режимах торможения также не сказывается на нагреве буксового узла.

Характер нагрева колеса при тормозных процессах показывает, что для создания систем контроля неотпущенных тормозов по нагреву колес наиболее эффективной зоной контроля является обод колеса и диск.

6. При оценке влияния нагрева неисправной буксы на элементы колеса получено, что при заклинивании роликов между кольцами подшипников средний темп нагрева поверхности корпуса буксы составляет 1,06 град/мин, при этом темп нагрева поверхности ступицы колеса:

– при заклинивании переднего подшипника составляет 0,29 град/мин;

– при заклинивании переднего подшипника – 0,16 град/мин.

Это означает, что температура ступицы при неисправном переднем подшипнике в 6 раз меньше, а при неисправном заднем – в 3,7 раза меньше, чем температура корпуса буксы. Это доказывает нецелесообразность использования для контроля буксовых узлов вспомогательных напольных камер, в которых приемник ориентирован на ступицу колеса.

7. Результаты стендовых испытаний и моделирования аварийного состояния буксового узла с часто встречающейся неисправностью – разрушенным торцевым креплением и смещением корпуса буксы – показывают, что несмотря на последующий выход из строя переднего подшипника может поддерживаться относительная временная работоспособность заднего подшипника в режиме эксплуатационных нагрузок только радиального направления. При этом температура наружных колец и внешних поверхностей корпуса буксы не превышает минимальных пороговых значений, принятых для настройки средств теплового контроля. При такой ситуации полностью исключить случаи несвоевременного обнаружения аварийного разрушения подшипников при нарушении торцевого крепления и сползании корпуса буксы только средствами теплового контроля нельзя.

8. На основе полученных и обоснованных в работе решений создания и совершенствования систем теплового контроля букс:

– разработано техническое обеспечение принципиально новой многофункциональной напольной системы диагностики подвижного состава КТСМ-02, состоящей из действующих подсистем обнаружения перегретых букс КТСМ-02Б и неисправностей тормозного оборудования КТСМ-02Т, с возможностью расширения для подключения к базовой системе подсистем контроля других параметров состояния подвижного состава;

– разработаны рекомендации по повышению эффективности контроля букс разнотипного подвижного состава базовыми средствами КТСМ-01. 9. С учетом структуры и принципов обслуживания подвижного состава в пути следования разработана и технически реализована архитектура распределенной системы теплового контроля и мониторинга нагрева буксовых узлов (АСК ПС) отраслевого назначения.

Для функционирования АСК ПС разработано программное обеспечение автоматизированных рабочих мест оператора линейного поста контроля (АРМ ЛПК) и центрального поста контроля (АРМ ЦПК), которые обеспечивают решение основных задач контроля и диагностики.

10. Для информационного обеспечения АСК ПС в части статистического распознавания класса перегретых (неисправных) букс разработана апостериорная модель, позволяющая определять пороговые значения диагностических признаков в зависимости от сезона, характера участка.

Оцененные по данным эксплуатации сети дорог ОАО «РЖД» за 1-е полугодие 2007 и 2008 гг. значения характеристик работы распределенной системы контроля и мониторинга АСК ПС:

– вероятность ложной тревоги (2008 год – 6,48х10-8;

2007 год – 9,08х10-8),

– вероятность пропуска неисправной буксы (2008 год – 3,55х10-10; 2007 год – 3,79х10-10)

свидетельствуют о рациональном выборе пороговых значений контроля нагрева букс и эффективности работы всех подсистем распределенной системы контроля и мониторинга.

11. По основным техническим характеристикам, влияющим на технико-экономическую эффективность средств теплового контроля, КТСМ-02 имеет преимущество перед КТСМ-01. Годовой экономический эффект от внедрения КТСМ-02 в расчете на одну единицу равен 144.7 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Миронов А.А. Имитационная модель функционирования аппаратуры теплового контроля буксовых узлов подвижного состава // Транспорт, наука, техника, управление.– 2009.–№5. –С. 8-14.

2. Миронов А.А. Создание отраслевой системы мониторинга безопасности железнодорожного подвижного состава в пути следования // Транспорт Урала. – 2006. – № 2(9). – С. 42–47.

3. Миронов А.А. Виртуальная модель бесконтактного теплового контроля буксовых узлов подвижного состава // Транспорт Урала. – 2008. – № 3(18). – С. 59–65.

4. Миронов А.А., Образцов В.Л., Павлюков А.Э. Температурный режим буксового узла при нарушении торцевого крепления и тепловой контроль // Железнодорожный транспорт. – 2005. – № 6. – С. 60–61.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.