Основы технического
 Скачать 4.71 Mb.
|
|
Глава 9. Использование технических средств 196 диагностирования 9.1. Проблемы автоматизации контроля технического состояния вагонов В 50-х гг. прошлого века началось использование средств технического диагностирования вагонов (СТД). На дорогах западных стран, затем на отече- ственных дорогах появилась аппаратура для выявления греющихся (перегрев- шихся) букс по инфракрасному излучению корпуса в движущихся поездах. Та- ким образом предотвращались изломы шеек осей вагонов на подшипниках скольжения, имевшие массовый характер. На железных дорогах России эта ап- паратура получила широкое распространение и после перевода вагонов на ро- ликовые подшипники. В 80-90-х гг. разработаны ТСД для выявления других неисправностей ва- гонов: дефектов по кругу катания колес, выхода частей вагона из габарита под- вижного состава, загрузки вагонов сверх нормы (перегрузка), заклинившихся колесных пар и.т.д. Эти средства не получили широкого распространения. Разработка ТСД для контроля технического состояния вагонов в процессе их эксплуатации и технического обслуживания проводится в двух направлени- ях: - дискретный контроль в пути следования при прохождении поездом специаль- ных контрольных пунктов; - контроль в поездах, прибывающих на сортировочные станции, а также при подготовке к отправлению. Аппаратура автоматического контроля вагонов на сортировочных стан- циях не получила широкого распространения, хотя в 90-х гг. была поставлена задача перехода от системы контроля вагонов осмотрщиками к автоматизиро- ванным диагностическим системам. В 2000 г. Департамент вагонного хозяйства начал реализовывать идею создания ПТО сетевого значения. Эти пункты предназначены для технического обслуживания вагонов с целью их безотказного следования по удлиненным га- рантийным участкам, находящимся на направлениях формирования основных грузопотоков. Длину гарантийных участков предполагалось довести до 1200 км. Разработан регламент технического оснащения этих пунктов. Регламен- тированы требования к диагностическому оборудованию для оснащения парков прибытия и отправления. Для парков прибытия предполагалось разработать автоматизированный диагностический комплекс для размещения на посту диагностики в горловине парка. Комплекс должен включать оборудование для выявления неисправно- стей: греющихся букс; заторможенных колес; дефектов на поверхности катания колес; тонкого обода и тонкомерного гребня колеса; разницы диаметра колес колесной пары; нарушения нижнего, бокового и верхнего габарита подвижного 197 состава; ненормированных зазоров между скользунами; перегрузки вагона сверх нормы; открытых крышек люков; большого угла набегания колеса на рельс (перекос тележек); неисправностей элементов тормозного оборудования; автосцепного устройства. В парках отправления используют оборудование централизованного оп- робования автотормозов, выявления утечек из тормозной магистрали, выявле- ния трещин в дисках колес. Планируется разработать оборудование для изме- рения уровня фрикционных клиньев, зазоров между скользунами, для выявле- ния ослабления торцевого крепления подшипников, контроля выхода штока тормозного цилиндра и состояния авторегулятора. Решение проблемы автоматизации контроля технического состояния ва- гонов в процессе их эксплуатации связано с изменением всей системы ремонта и технического обслуживания вагонов, а также с показателями надежности и контролепригодности вагонов, зависящими от их конструкции. Безотказная работа вагонов в период между плановыми ремонтами связа- на с качеством диагностирования ответственных частей вагона в процессе пла- нового ремонта. При плановом ремонте должен быть восстановлен технический ресурс вагона, обеспечивающий безотказную работу в течение гарантийного срока; т.е. до следующего планового ремонта. В этом случае отпадает необходимость пе- риодического полного диагностирования вагона, в процессе технического об- служивания может быть установлена периодическая плановая ревизия отдель- ных элементов, аналогично единой технической ревизии пассажирских ваго- нов. Повреждения и отказы вагона в межремонтный период с позиции теории надежности следует рассматривать как неправильную оценку (прогнозирова- ние) остаточного технического ресурса при выпуске вагонов из ремонта или как необоснованное назначение продолжительности межремонтного периода. В этом случае проявляются недостатки ТСД и средств неразрушающего контро- ля, используемых в процессе планового ремонта вагонов. Поэтому первоочередными должны быть мероприятия по совершенство- ванию системы обеспечения безопасности движения, направленные на преду- преждение аварийности. Департамент вагонного хозяйства предусматривает разработку и совершенствование ТСД и НК. Наиболее важные из них: – разработка новых методик ультразвукового контроля колесных пар; – разработка и организации серийного производства нового типа ультразвуко- вого преобразователя; – разработка автоматизированного стенда для дефектоскопирования и измере- ния геометрических параметров колесных пар; – внедрение акустико-эмиссионных установок контроля надрессорных балок и боковых рам тележек. В процессе совершенствования системы «вагон-вагонное хозяйство» ос- новное значение имеет отношение расходов на создание и использование ваго- нов с высокими показателями надежности и создание системы их технического 198 обслуживания и ремонта, обеспечивающих приемлемый (оптимальный) уро- вень показателей надежности вагонов в заданных условиях эксплуатации. В условиях, когда показатели контролепригодности вагонов не обеспечи- вают приемлемый уровень безопасности движения (вероятность отказов ваго- нов в пути следования), разработка и использование так называемой безлюдной технологии технического обслуживания вагонов требует больших первона- чальных затрат, а впоследствии – затрат на обслуживание и ремонт техниче- ских средств. Отказы вагонов в пути следования являются редкими событиями (напри- мер, в 2002 г.- 4 случая на 100 млн км пробега). Поэтому аппаратура теплового контроля букс на некоторых контрольных постах выявляет единичные случаи. В некоторых случаях нет четкой границы значения диагностического признака исправного и неисправного объекта (вероятное значение), например, в аппаратуре теплового контроля букс. Поэтому для оптимального порового зна- чения диагностического признака есть вероятность пропуска дефекта и ложных показаний. Есть проблемы поверки и ремонта диагностического оборудования и средств неразрушающего контроля, а также подготовки дефектоскопистов и операторов ТСД. Проблема организации ремонта, технического обслуживания, поверки и калибровки диагностического оборудования и дефектоскопов на дорогах тре- бует решения в ближайшем будущем. Проблема подготовки дефектоскопистов и операторов решается дорож- ными техническими школами и региональными центрами неразрушающих ме- тодов контроля и технической диагностики. Такой центр имеется на Свердлов- ской дороге в Екатеринбурге. 9.2. Техническая диагностика. Основные понятия В соответствии с ГОСТ 20911 понятие «техническая диагностика» пред- ставляет область знаний, включают теорию, методы и средства определения технического состояния диагностируемого объекта или правильности его функционирования. Система технического диагностирования – совокупность технических средств диагностирования, объектов диагностирования, а также исполнители, осуществляющие диагностирование по правилам, установленным нормативно- технической документацией. Технические средства диагностирования ТСД – это информационно- измерительные системы, включающие: 1) аппаратурные средства; 2) программные средства; 3) эксплуатационную техническую документацию. 199 Диагностирование – процесс определения технического состояния объек- та диагностирования с помощью технических средств диагностирования с оп- ределенной точностью. В соответствии с ГОСТ 27518 цель технического диагностирования – поддержание установленного уровня надежности, требований безопасности и эффективности использования объекта диагностики. Существует понятие «контролепригодность». В соответствии с ГОСТ 26656 под этим понимается свойство объекта, характеризующее его пригод- ность к проведению контроля технического состояния заданными методами и средствами технической диагностики. Теоретической основой технической диагностики является теория распо- знавания. Основная задача теории распознавания – построение систем для оп- ределения принадлежности объекта распознавания к одному из заранее выде- ленных классов. Объектами являются предметы (в данном случае вагоны и их части), явления, процессы, ситуации, сигналы. Принцип отнесения объекта к определенному классу или образу основан на выявлении характеристик, присущих объектам этого класса. Под образом в технической диагностике понимают определенное техни- ческое состояние объекта, характеризуемое диагностическими признаками. Методика решения задач технического диагностирования сводится к выделе- нию из множества технических состояний подмножества, к которому принад- лежит действительное состояние объекта в момент диагностирования. Такое выделение можно представить графически в виде разделения мно- жества (области) Е на части, соответствующие видам состояния (рис.9.1.) В диагностической аппаратуре используют диагностические признаки (параметры), т.е. признаки для оценки технического состояния объекта с помо- щью ТСД. Диагностические признаки (параметры) включают две группы: - прямые, т.е. совпадающие с признаками технического состояния, задан- ными в НТД, например, в инструкции осмотрщику вагонов; - косвенные, - не совпадающие с признаками технического состояния, но связанные с ними функциональной или статистической зависимостью. В простейшем случае, когда учитывается один прямой диагностический признак, границы классов можно представить на числовой оси, например, виды технического состояния колеса по толщине гребня (рис 9.2.) 200 Рис 9.1 Схема выделения классов (видов) состояния из множества Е: Е 1 - состояние S 1 , Е 2 - состояние S 2 , Е 3 - состояние S 3 ,границы классов состояния; 1-1 классов S 1 и S 2 ; 2-2 классов S 2 и S 3 Рис 9.2. Классы состояния и границы классов на числовой оси, характеризующей толщину гребня колеса: S 1 - работоспособное исправное, S 2 – неработоспособное (предельное); S 3 – неработоспособ- ное Например, глубина ползуна на колесе может быть измерена непосредст- венно, как разница высоты сегмента в центре площадки ползуна и величины проката рядом с ползуном – прямой признак. В автоматической аппаратуре контроля колес в движущемся поезде используется диагностический признак – величина амплитуды виброускорения механических колебаний рельса от удара ползуна о рельс. Амплитуда виброускорения связана с глубиной ползуна слож- 201 ной функциональной зависимостью, может быть сравнительно легко измерена и пересчитана в размер глубины ползуна. Различают также количественные и качественные диагностические при- знаки. К количественным относят признаки, для которых важно численное зна- чение признака, например, ползун, бракуемый по численному значению его глубины. К качественным относят признаки, для которых имеет значение сам факт наличия признака, независимо от его размеров, например, трещины в оси ко- лесной пары или диске колеса. В процессе диагностирования используются понятия «пороговое значе- ние признака» и «чувствительность метода». Пороговое значение диагностического признака – это его численная ве- личина, являющаяся границей классов или видов технического состояния, на- пример, работоспособного или неработоспособного. Чувствительность метода оценки технического состояния, а также чувст- вительность аппаратуры диагностирования, представляет наименьшее числен- ное значение диагностического признака, которое может быть выявлено и заре- гистрировано с помощью данного метода и данной аппаратуры. Устанавливается порог реагирования – наименьшее изменение диагно- стического признака, при котором СТД может зарегистрировать переход объек- та из одного состояния в другое (через границу классов). В случае использования в аппаратуре СТД вероятностных значений диаг- ностических признаков определяется достоверность показания аппаратуры дей- ствительному состоянию объекта. Вероятность соответствия оценки технического состояния одному из классов состояния определяется в процессе испытания аппаратуры. Должны быть также определены численные характеристики ошибок диагностирования. Первичной задачей диагностической системы является восприятие физи- ческой величины диагностического признака (параметра) с помощью преобра- зователя. В соответствии с ГОСТ 16263-70 измерительный преобразователь – это средство измерения для выработки сигнала измеренной информации в фор- ме, удобной для передачи, обработки, регистрации и хранения. Ошибки диагностирования различают двух видов: 1) пропуск дефекта или принятие неисправного объекта за исправный; 2) ложное показание или принятие исправного объекта за неисправ- ный. В процессе разработки СТД необходимо также определить основные ха- рактеристики объектов диагностики: 1) алфавит классов технического состояния (образов) объекта, для кон- кретизации цели диагностирования; 2) словарь признаков технического состояния объекта для выбора метода диагностирования; 3) характеристики численных значений количественных признаков для выбора пороговых значений; 202 4) в случае использования косвенных диагностических признаков найти численные связи между признаками технического состояния и диагностиче- скими. В общем случае аппаратурные средства ТСД включают: - измерительный преобразователь, обычно для преобразования сигналов о техническом состоянии объекта диагностирования в электрические; - блок или блоки обработки электрических сигналов от преобразователя в форму, удобную для сравнения с заданными значениями контролируемых па- раметров; - индикатор, сигнализатор или регистратор результатов диагностирова- ния. Блочная схема диагностической аппаратуры приведена на рис. 9.3. Рис. 9.3. Блочная схема структуры диагностической аппаратуры: ИП- измерительный преобразователь; БО – блок обработки электрических сигналов; И(Р) – индикатор, сигнализатор или регистратор результатов диагностирования Как правило, измеряемая величина преобразуется в электрический сиг- нал, наиболее удобный для обработки. В блоке обработки сигнал от измеряе- мой величины сравнивается с пороговым значением, на основании этого фор- мируется и передается в регистратор сигнал об отнесении измеренной величи- ны признака к одному из классов, заданных в алгоритме ( в общем случае ха- рактеризующем исправное или неисправное состояние объекта). Используют обычно следующие виды индикации: - световую (контрольные лампочки, светодиоды и.т.д.); - звуковую; - цифровую на экране; - стрелочными приборами; - в виде кривых линий на экране. Регистрация результатов диагностирования осуществляется в виде: - записи на бумажной ленте; - в памяти ЭВМ с выводом на дисплей или на печать. Методы и устройства технического диагностирования по характеру полу- чаемых от объекта сигналов включают следующие основные группы: 203 1. С детерминированным значением диагностического признака, числен- ное значение которого измеряют с определенной погрешностью, например, диаметр колеса или толщину гребня колеса. 2. С вероятностным распределением численных значений диагностиче- ского признака. Во втором случае различают объекты диагностики, у которых можно произвести измерения: - единичного значения вероятностного признака; - параметров реализации случайного процесса в течении заданного ин- тервала времени. Наиболее часто используют методы измерения амплитуд или частоты (периодичности) сигналов. В некоторых диагностических системах предусматривается регистрация промежуточного состояния и сигнализация о начале развития постепенного от- каза. Например, в системах теплового контроля букс предусматривается сигнал для оператора в случае повышения температуры буксы выше определенного уровня, который установлен ниже порогового значения. Появление такого сиг- нала указывает на необходимость следить за техническим состоянием буксы или организовать ее проверку. Каждое устройство для диагностирования функционирует по определен- ному алгоритму диагностирования, под которым понимается совокупность предписаний и последовательность операции диагностирования. По результатам диагностирования, как правило, принимается одно из двух решений: 1) объект диагностики можно продолжать эксплуатировать (работоспо- собное состояние); 2) объект должен быть изъят для восстановления работоспособного со- стояния или исключения из инвентаря (неработоспособное состояние). Система классификации технических средств диагностирования доволь- но сложная, так как включает большое количество средств, разнообразных по назначению, принципам построения, использованию и.т.д. Средства технического диагностирования, включая средства неразру- шающего контроля материалов и изделий, по структуре, функциям и назначе- нию делятся на основные виды: 1) единичные, например, дефектоскоп; 2) комплексные, включающие единичные ТСД, объединенные в ком- плекс с единой структурой и многоцелевым назначением, например, автомати- ческая система контроля подвижного состава в движущихся поездах (контроль букс, колес и габарита подвижного состава); 3) системы слежения (мониторинга) – однородные единичные СТД, объ- единенные в систему, позволяющую контролировать техническое состояние объекта диагностики непрерывно или дискретно через некоторые промежутки времени, например, автоматизированная система контроля подвижного состава (АКСПС), включающая аппаратуру теплового контроля букс на нескольких по- 204 стах безопасности (на промежуточных станциях), соединенную с центральным постом на сортировочной станции. По характеру использования ТСД можно разделить на группы: 1) универсальные для различных операций контроля объектов диагности- ки, например, вихретоковый дефектоскоп для выявления трещин в стальных деталях; 2) узко специализированные, например, система выявления дефектов ко- лес, создающих при качении по рельсу ударные импульсы. По виду установки на объект ТСД делятся на группы: 1) внешние, выполненные отдельно от объекта диагностирования, напри- мер, дефектоскопы; 2) специальные испытательные стенды, на которые устанавливаются объ- екты диагностики для контроля, например, установка для диагностирования ва- гонных подшипников; 3) встроенные, т.е. аппаратурные средства, размещенные постоянно непо- средственно на объекте диагностики (система сигнализации нагрева букс пас- сажирских вагонов). По способу взаимодействия с объектом диагностики различают ТСД: 1) тестовые (от слова тест – испытание ) – с посылкой тестовых воздейст- вий на объект и анализом параметров прохождения тестового воздействия че- рез объект. Тестовое воздействие может быть механическим, электрическим, магнитным и.т.д. Пример: вихретоковый дефектоскоп; 2) пассивной локации – получение сигналов от работающего объекта или при имитации его работы на испытательном стенде. Пример: устройство тепло- вого контроля букс в поездах по инфракрасному излучению от корпуса буксы. По виду физических параметров диагностирования ТСД разделяются на несколько групп. В вагонном хозяйстве применяют в основном устройства, в которых используют следующие параметры: 1. Кинематические (время, скорость, ускорение, период, частота перио- дического процесса). 2. Геометрические (длина, площадь, объем, плоский угол). 3. Статические и динамические (сила, масса, импульс силы, давление, момент силы, коэффициент трения, работа). 4. Механические свойства (плотность, твердость, ударная вязкость). 5. Тепловые (температура, теплопроводность). 6. Акустические (звуковое давление, громкость звука, акустическое со- противление). 7. Электрические и магнитные (электрическое сопротивление, напря- женность магнитного поля, магнитная индукция, намагниченность). Технические средства диагностирования, используемые в процессе тех- нического обслуживания вагонов, объединены в группы 1) средства автоматического контроля технического состояния вагонов в поездах в пути следования; 2) ТСД вагонов в поездах, прибывающих на сортировочную станцию; 205 3) системы опробования и контроля технического состояния тормозов в поездах; 4) устройства для индивидуального использования осмотрщиками ваго- нов. Устройство и технология использования ТСД в процессе технического обслуживания вагонов рассмотрены в разделах 9.3. и 9.4. Инженеры вагонного хозяйства – специалисты по техническому обслу- живанию и ремонту вагонов, а также дефектоскописты и операторы средств технического диагностирования являются пользователями аппаратуры контро- ля технического состояния вагонов. Поэтому они должны знать: - назначение аппаратуры контроля и физические основы методов контро- ля, общее устройство измерительных преобразователей и регистраторов ре- зультатов контроля; - признаки технического состояния контролируемых объектов, диагно- стические признаки, связь признаков технического состояния и диагностиче- ских, границы видов (классов) технического состояния объектов; - места и виды повреждений объектов, оценку опасности повреждений и дефектов для нормального функционирования объекта; - виды и причины ошибок диагностирования; - порядок и последовательность включения аппаратуры, проверки ее ис- правности и операций контроля объектов; - анализ результатов контроля. Техническое обслуживание и ремонт, поверку и калибровку диагностиче- ской аппаратуры осуществляют специалисты подразделений департамента сиг- нализации, связи и вычислительной техники (дистанций сигнализации и связи), специалисты лабораторий и центров средств неразрушающего контроля и тех- нической диагностики. Ремонт и техническое обслуживание основных видов дефектоскопов на дорогах осуществляют дорожные лаборатории и центры. В отдельных крупных вагонных депо есть специалисты по ремонту, наладке и ка- либровке средств технического диагностирования, работающие под руково- дством инженера - метролога депо. Вопросы выбора оборудования для контроля технического состояния ва- гонов и их узлов в настоящее время чрезвычайно осложнены. Имеется большое количество организаций, разрабатывающих, производящих и продающих сред- ства технического диагностирования. Сообщения о назначении и технических характеристиках этих средств обычно носят рекламный характер, организации – производители часто не имеют опыта разработки и производства оборудова- ния, не ясно представляют особенности вагоноремонтного производства и же- лезнодорожного транспорта в целом, поставляют не отработанное оборудова- ние. Поэтому, выбор оборудования в такой ситуации должен основываться на опыте передовых депо, использующих средства технического диагностирова- ния. Их мнение (заключение) о пригодности того или иного оборудования |