НДРС. Техническое диагностирование в локомотивном хозяйстве

• Название: Техническое диагностирование в локомотивном хозяйстве
• Дата: 18.06.2022
• Размер: 1.56 Mb.
• Имя файла: НДРС.docx
• Тип: Документы; #602406
• страница: 2 из 2

Магнитный неразрушающий контроль охватывает множество магнитных мето­дов, основанных на регистрации магнитных полей рас­сеяния дефектов или на определении магнитных свойств контролируе­мого изделия. Регистрация магнит­ных полей дефектов может осуществ­ляться различными способами. Широко при­меняются магнитные по­рошки и суспензии, ферромагнитные пленки, феррозонды и индукторы.

При магнитопорошковом методе для определения места дефекта ферромаг­нитным порошком или ферромагнитной суспензией рав­номерно покрывают намагниченное изделие. Мелкие частицы по­рошка или суспензии собираются под действием магнитного поля вблизи дефекта и позволяют легко обнаружить его при визуальном осмотре. Такой метод, широко применяемый для контроля изделий из ферромагнитных металлов, обладает высокой чувствительностью. С его помощью могут быть найдены поверхностные и подповерхно­стные дефекты на глубине до 10 мм. Недостатком метода является низкая производительность контроля, труд­ность его автоматизации и зависимость от человеческого фактора.

Магнитографический метод реализуется путем наложения на по­верхность намагниченного изделия ферромагнитной пленки. На та­кой пленке остается маг­нитный «отпечаток» полей изделия и дефек­тов в нем. Отпечаток «считывают» с помощью устройства с магнит­ной головкой и регистратором сигналов. Метод удо­бен для контроля сварных швов и дефектов в трубопроводах. Он более производи­те­лен, чем магнитопорошковый, возможна автоматизация процесса; однако метод менее чувствителен, его применение затруднено при контроле деталей сложной формы.

Магнитоферрозондовый (феррозондовый) метод обладает вы­сокой чувствительностью. Он основан на считывании распределения па­раметров магнитного поля на поверхности намагниченной контроли­руемой детали с помощью феррозондовых преобразователей. С его помощью можно обнаруживать как поверхностные, так и подповерх­ностные дефекты на глубине залегания до 40 мм. Он не предъявляет больших требований к шероховатости поверхности: зазор между пре­образователем и контролируемой поверхностью, обусловленный наличием загрязнений, может достигать больших величин.

Акустический неразрушающий контроль основан на использо­вании упругих механических колебаний, возбуждаемых в контроли­руемом изделии. Для образо­вания и регистрации упругих колеба­ний применяют различного рода электромеха­нические преобразо­ватели: наиболее часто для этих целей применяют пьезоэлек­тричес­кие и реже электромагнитно-акустические преобразователи. Акус­тический контроль широко применяется при определении техничес­кого состояния изделий из черных и цветных металлов, пластмасс, резины и других строительных матери­алов. Акустический метод по­зволяет не только выявить различные дефекты, не­сплошности и не­однородности в изделиях, но и измерить толщину стенок изделия.

Достоинством этого метода являются возможность контроля внут­ренних и недоступных зон изделия; применение автоматизации рас­шифровки результатов контроля. Недостатком является необходи­мость «акустического контакта» преобразователя с поверхностью проверяемого изделия, так как акустический сигнал при прохождении через слой воздуха между преобразователем и поверхностью контро­лируемой детали ослабевает. Для устранения этого недостатка зону контакта заполняют «контактной жидкостью» (водой, маслом, глице­рином).

Возможно расширение перечня узлов диагностирования с при­менением акустического контроля: с его помощью можно исследо­вать структуру материала, определять некоторые особенности формы и ориентации дефектов.

Капиллярный неразрушающий контроль основан на возможно­сти проникновения в полости поверхностных дефектов специальных жидкостей, которые называют индикаторными или «пенетрантами». Вещество наносят на изделие и затем очищают его поверхность. При этом жидкость остается в полостях дефектов, которые могут быть легко обнаружены. Этот метод обладает низкой производительно­стью и плохо поддается автоматизации, поскольку обнаружение де­фекта ведется визуально по очертаниям трещин. Достоинство метода — его высокая чувствительность: минимальные размеры обнару­живаемых трещин 1 мкм ширины, 10 мкм глубины и 100 мкм длины.

Оптический метод контроля применяется для измерения геомет­рических размеров изделия, его поверхностного состояния и выяв­ления некоторых видов трещин. Для отыскания дефектов деталь не­обходимо очистить; с помощью увеличительной лупы с подсветкой можно обнаруживать трещины шириной до 30 мкм.

Радиоволновой метод контроля применяется в основном для проверки диэлектрических и полупроводниковых изделий, может быть использован также и для обследования состояния поверхностей изделий из электропроводящих материалов. Сущность метода состоит в регистрации изменения характеристик электро­магнитных колебаний, взаимодействующих с контроли­руемым изделием. При этом используются радиоволны сверхвысо­кочастотного диапазона. Радиоволны способны приникать в металлы лишь на очень малую глубину (единицы микрон). Это обстоятельство ограничивает возможности радиоволнового контроля для металло­из­делий.

Электромагнитный метод (вихретоковый) применяется для де­фектоскопии изделий из токопроводящих материалов. Кроме того, он используется в толщино­метрии и структуроскопии. Сущность метода состоит в оценке распределения вих­ревых токов в объекте. Для воз­буждения вихревых токов в поверхностном слое металла используют различные преобразователи, состоящие из одной или несколь­ких ка­тушек индуктивности. Катушки возбуждаются переменным током и создают переменное магнитное поле, которое на поверхности объекта наводит вихревые токи. Магнитное поле от вихревых токов, в свою очередь, воздействует на катушки преобразователя, изменяя их пол­ное электрическое сопротивление или наводя в них электродвижу­щую силу. Изменение на выводах катушек преобразователя напряже­ния или полного сопротивления является необходимой информацией о со­стоянии поверхностного слоя контролируемого объекта.

Вихретоковому контролю могут подвергаться изделия из черных и цветных металлов. С его помощью может быть получена информация о толщине стенки объекта, о его электрической проводимости, маг­нитной проницаемости, наличии или отсутствии дефекта, о зазоре и ориентации преобразователя относительно контролируемой поверх­ности объекта. Таким же образом могут быть оценены химический состав и структура материала объекта, его температура, наличие в нем механических напряжений и т.д.

Важным достоинством вихретокового контроля является отсутст­вие необходимости контакта преобразователя с поверхностью объек­та. При этом может быть достигнута высокая производительность контроля, а сам процесс можно автоматизировать. Недостаток данно­го метода — невозможность обнаружения заглубленных дефектов

Метод магнитной памяти. Диагностика основана на использова­нии эффекта магнитной памяти металла и позволяет без специаль­ного намагничивания с помо­щью малогабаритных электронных ус­тройств и феррозондовых датчиков выпол­нять экспресс-анализ тех­нического состояния контролируемых узлов, находящихся под боль­шой нагрузкой. Достоинством этого метода является отыскание уча­стков, предрасположенных к повреждениям. Традиционные методы и средства эксплуа­тационного контроля (магнитные и ультразвуковые дефектоскопы) позволяют вы­являть уже развитые дефекты, не обес­печивая диагностику деталей на стадии их предразрушения. Измене­ние свойств металла в процессе эксплуатации (коррозия, усталость и пр.) приводит к изменению намагниченности металла, отражающей фактическое состояние оборудования.

Метод магнитной памяти, основанный на измерении поля оста­точной намагниченности на поверхности контролируемого объекта, позволяет производить оценку его напряженно-деформированного состояния с учетом структурных изменений. При контроле ис­пользуется эффект магнитной памяти металла к зонам действия мак­симальных рабочих нагрузок.

Этот метод, кроме раннего обнаружения развивающегося дефекта, дает информацию о фактическом напряженно-деформированном со­стоянии объекта контроля и выявляет причину образования зоны концентрации напряжений — источника развития повреждения.

Наличие большого числа методов неразрушающего контроля по­зволяет специалистам в этой области выбрать наиболее достоверные и эффективные. В локомотивном хозяйстве, согласно данным статис­тики, наибольшее распространение получили дефектоскопы для маг­нитопорошкового метода (64,53%). На ультразвуковой метод прихо­дится 21,34 % дефектоскопов, а на вихретоковый — 14.13 %.

Эффективность этих методов можно определить по числу забра­кованных деталей. Согласно статистическим данным, маг­нитопорошковым методом было забраковано 55 % деталей от общего числа обнаруженных дефектов, вихретоковым — 20,7 %, ульт­развуковым — 10 %, обнаружено визуально 8 %.

Несмотря на большой процент выявления дефектов магнитопорошковым методом, следует отметить, что он обладает низкой эф­фективностью из-за большой трудоемкости подготовительных ра­бот (демонтаж деталей, очистка, намагничивание и размагничива­ние), значительной энергоемкостью и массогабаритными характеристиками средств контроля. Магнитопорошковый метод об­ладает высокой чувствительностью, однако результаты контроля снижаются в значительной степени из-за человеческого фактора.

По данным статистики наи­более эффективен вихретоковый метод. Он менее трудоемкий, имеет низкую энергоемкость, обладает достаточной чувствительностью и поддается автоматизации.

Ультразвуковой метод отличается достаточной достоверностью результатов, имеет большую перспективу, благодаря микропроцес­сорным устройствам для обработки данных дефектоскопии. Этот ме­тод в основном используется для выявления внутренних дефектов в деталях и узлах локомотивов.

5. Локомотив как объект диагностирования

Основные требования к локомотиву как объекту диагностирования — постоянное соответствие основных параметров фактическому уровню надежности, условиям эксплуатации и интенсивности использования. Такое соответствие формируется на основе объективной информации о техническом состоянии локомотива. Для этого локомотив включают в систему технического диагностирования, где он взаимодействует с техническими средствами и человеком. Эконо­мически целесообразным является применение встроенных в локомо­тив (бортовых) устройств диагностирования в условиях эксплуатации и внешних (стационарных) систем, которые устанавливаются в депо и подключаются к локомотиву перед проведением профилактических и ремонтных работ для определения технического состояния локомо­тива.

Такое разделение средств диагностирования дает возможность по­лучить достоверную и полную информацию о техническом состоянии локомотива. Бортовые средства позволяют проверить те узлы и дета­ли, информацию о техническом состоянии которых в стационарных условиях получить трудно. Следует отметить, что наиболее дос­товерной будет информация, полученная при движении локомотива.

Внедрение технического диагностирования на локомотивах яв­ляется не только технической, но и экономической проблемой. Со­гласно статистическим данным, за 30—40 лет службы локомотива затраты на техническое обслуживание, ремонт и модернизацию в 6—7 раз превышают первоначальную стоимость локомотива. Как показы­вают наблюдения, прямые и косвенные затраты на контроль техниче­ского состояния электровоза составляют почти 55 % от общих затрат, что равно 75 % затрат на заработную плату. Поэтому, разрабатывая и внедряя системы диагностирования, необходимо стремиться к тому, чтобы не только снижались затраты на технический контроль, но и уменьшался простой локомотива в ремонте. Диагностированию должны подвергаться не все агрегаты и узлы, а только те, которые обеспечивают нормальную эксплуатацию и надежность подвижного состава. В этих агрегатах и узлах должны диагностироваться только те детали, состояние которых не может быть оценено наружным ос­мотром. Методика диагностирования должна обеспечивать обнару­жение развития отказа на более ранней стадии, чем это может заме­тить человек, давать возможность значительно быстрее и более точно сделать заключение о техническом состоянии локомотива и безоши­бочно указать отказавший элемент.

Для того чтобы можно было не только иметь данные о техничес­ком состоянии объекта, но и прогнозировать его состояние, необхо­димо иметь следующие данные: степень контролепригодности диаг­ностируемого узла; допустимое предельное состояние или эквива­лентную величину, Т.С., кроме измеряемого значения величины, дол­жно быть известно значение, с которым эта величина сравнивается; допустимые отклонения от предельного состояния; методы измере­ния и необходимые для их реализации измерительные средства.

В качестве диагностических параметров, измеряемых аппарату­рой, смонтированной непосредственно на локомотиве, необходимо выбирать такие, которые характеризуют мощностные и экономиче­ские качества локомотива, безопасность движения, а также позволя­ют проводить оперативный поиск неисправностей и их устранение. Бортовые средства функционального диагностирования постоянно находятся в работе и моментально реагируют на малейшие отклоне­ния от нормального функционирования отдельных узлов и агрегатов.

Использование стационарных средств диагностирования позво­ляет, С одной стороны, резко сократить число разборок и ревизий оборудования локомотивов в пунктах технического обслуживания, а с другой стороны, если разборка все же проводится, обеспечить объ­ективный контроль качества сборки узла. Таким образом, сочетание бортовых и стационарных средств диагностирования позволяет вы­брать оптимальные режимы и методы проведения техниче­ского диагностирования локомотива.

В организации системы диагностирования большую роль играют принципы, положенные в основу декомпозиции локомотива как объ­екта диагностирования. Декомпозиция проводится по блочно­-функциональному принципу, т.е. локомотив разбивается на отдель­ные характерные блоки, выполняющие определенные функции и имеющие между собой прямые или косвенные связи. Например, теп­ловоз можно разделить на четыре отдельных функциональных блока: дизель и его системы; электрические аппараты, машины и цепи управления; экипажная часть и тормозное оборудование; вспомога­тельное оборудование (рис. 17).

В каждом блоке выбираются определенные детали и узлы, влия­ющие на надежную работу локомотива. Количества таких узлов в блоке зависит от сложности и значимости его в общей системе локо­мотива. В блоке «Дизель и его системы» имеется 18—20 узлов, под­лежащих обязательному диагностированию; в блоке «Электрические аппараты, машины и цепи управления» примерно 18, в «Экипажной части» 9 наименований оборудования, а в «Вспомогательном оборудовании» — 13. Диагностируя это оборудование, можно определить техническое состояние любого локомотива Оптимальное число ди­агностических параметров зависит от характера отказов и их по­следствий, и при этом должны учитываться стоимостные показатели плановых и неплановых ремонтов.



На современном этапе развития технического диагностирования тягового подвижного состава применение микропроцессорных средств наиболее оптимально, так как современные локомотивы имеют достаточно плотную компоновку оборудования и размещение дополнительных устройств для проведения диагностирования в обычном исполнении будет сопровождаться некоторыми трудностя­ми. К тому же многофункциональность и неоднородность структурных схем локомотивов способствует разработке специализированных и универсальных средств контроля, выполненных на основе инте­гральных микросхем. Специфика средств диагностирования на под­вижном составе заключается еще и в том, что их применяемость в значительной мере определяется функциональным состоянием ло­комотива (приемка локомотива, эксплуатация на линии, ремонт в пунктах технического обслуживания). В каждом из этих состояний диагностирование имеет свои особенности: различные алгоритмы, полноту и глубину поиска места неисправности. Эти особенности обусловливают необходимость рационального разделения функций между видами средств диагностирования, и прежде всего бортовыми и стационарными средствами.

Средства диагностирования локомотивного оборудования пред­назначены для проверки работоспособности, оперативного контроля исправности в процессе диагностирования, поиска и анализа повреж­дений, прогнозирования изменения состояния.

Для контроля и диагностирования оборудования локомотивов ис­пользуются следующие функциональные подсистемы:

• 
  комплекс контрольно-проверочной аппаратуры для контроля и экспресс-диагностирования, а также решения локальных задач, на­пример поиска дефектов в силовых и низковольтных цепях; комплекс работает в «допусковом» режиме — определяет отклонение значений контрольных параметров от нормы; отдельные средства комплекса накапливают результаты измерений для их последующей обработки;
  
• 
  бортовые (встроенные) диагностические средства для оператив­ного контроля и диагностирования основных узлов при эксплуата­ции локомотива, предрейсовом контроле, а также для индикации тех­нического состояния автоматически или по запросу машиниста, на­копления данных, работы в диалоговом режиме с экспертной базой и библиотекой стандартных ситуаций по предотвращению отказов (ре­жим «советчика»);
  
• 
  стационарный комплекс диагностирования механического, элек­трического, пневматического оборудования локомотивов по алго­ритму, включающему тестовое и функциональное диагностирование, определения мест дефектов в съемных блоках электронного обо­рудования, а также для прогнозирования остаточного ресурса основ­ных узлов и агрегатов оборудования локомотивов.
  

Оснащение ремонтных предприятий локомотивного хозяйства сред­ствами технического диагностирования и устройствами неразрушаю­щего контроля позволяет перейти к организации мониторинга техни­ческого состояния тягового подвижного состава. Мониторинг предус­матривает непрерывное отслеживание технического состояния локо­мотивов в эксплуатации, в том числе кратковременных сбоев в работе оборудования и долговременных нарушений, прогнозирование состо­яния оборудования и автоматизированное принятие решений.
Список литературы

1. 
   Бервинов В.И. Техническое диагностирование и неразрушающий контроль деталей и узлов локомотивов. Учебное пособие. — М.: УМК МПС России, 2008. – 563 с.
   
2. 
   Пар­хоменко П.П. Основы технической диагностики. В 2-х книгах. Книга 1. Мо­дели объектов, методы и алгоритмы диагноза.— М.: Энергия, 1976. – 321 с.
   
3. 
   Степановой Л.Н. Акустико-эмиссионная диагностика конструкций. — М.; Радио и связь, 2000. – 371 с.
   
4. 
   Душина Ж. В. Физические основы ультразвуковой дефектос­копии и технология ультразвукового контроля деталей подвижного состава. — М.: УМК МПС России, 2000. – 431 с.