ппаппп. Ответы по клоповой ЭКЗ 3 курс. Вихретоковый метод неразрушающего контроля. Вихретоковый
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
5. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРАМИТЕЛЬНЫЕ БЛОКИ Большое число полупроводниковых диодов и тиристоров на подвижном составе позволяет более объективно и с высокой степенью достоверности заниматься вопросами их эксплуатационной надёжности, а также влиянием на неё средств технической диагностики. К наиболее характерным эксплуатационным условиям, влияющим на надёжную работу выпрямителей, относятся: повышенная запылённость (до 5 мг/м); поперечная вибрация (до 1,6 Гц); продольная вибрация (до 0,7 Гц); вертикaльная вибрация (до 0,6 Гц); колебания температуры охлаждающего воздуха (от -50° до +60 °С); повышенная влажность (до 90 °/о); переменные нагрузки по току и напряжению; повышен-ные электромагнитные помехи, приводящие к неисправностям в схемах защиты и управления. Надёжность выпрямительных блоков зависит от надёжности дискретных элементов, схемы их соединения и переходных процессов, проходящих в силовых цепях, аппаратах и тяговых двигателях. Особенно это относится к тем аппаратам и цепям, которые обладают значительной индуктивностью (переходные и сглаживающие реакторы, индуктивные шунты и тяговые электрические двигатели). Все отказы полупроводниковых диодов можно разделить на внезапные (пороговые) и постепенные. Внезапные отказы возникают из-за превышения предельных значений тока или напряжения нагрузки. Постепенные отказы являются следствием воздействия длительных нагрузок и старением конструкции. Диоды, имеющие предотказное состояние, относятся к приборам ограниченной годности, а потому должны своевременно заменяться на новые. А это возможно только в том случае, если все диоды будут подвергаться периодическому диагностированию. С точки зрения диагностирования выпрямительных блоков при анализе статистических данных особое внимание должно уделяться виду отказа и его причинам, а также количеству отказов с числом вышедших из строя диодов, чтобы иметь технические и экономические обоснования внедрения на подвижном составе средств технического контроля. Для диагностирования выпрямительных блоков существует множество методик и технических средств, но важным требованием при этом является выбор диагностических параметров. Основными из них, характеризующими силовые полупроводниковые диоды, принято считать обратный ток, прямое падение напряжение и тепловое сопротивление. Все эти параметры в совокупности дают полное представление о техническом состоянии диода. Но для диагностирования технического состояния необходимо иметь такой параметр, по значению которого можно следить за постепенным развитием отказа и таким образом выявить предотказное состояние. К тому же параметр должен быть универсальным и позволять с высокой точностью выявить самые разнообразные отказы силовыx диодов в выпрямительном блоке. К тому же диагностический параметр должен способствовать внедрению автоматического контроля выпрямительного блока без разборки последнего. Для того чтобы выбрать такой параметр, необходимо знать, как и по какому закону он реагирует на изменяющиеся параметры диода. Зная закон изменения диагностического параметра, можно прогнозировать процесс наступления отказа. По диагностическому параметру выбираются метод и средсгва диагностирования. Существует два вида диагностирования: с разборкой выпрямительного блока и без разборки. Диагностирование с разборкой требует значительных затрат времени, но оно имеет более высокую достоверность диагностирования без разборки. Средства диагностирования делятся на бортовые и стационарные. Как сказано выше, некоторые диоды с увеличением температуры изменяют свои технические параметры, поэтому бортовые средства наиболее предпочтительны и обладают большими возможностями. На тяговом подвижном составе используется большое количество тиристоров. Их применяют для регулировки напряжения, преобразования его из переменного в постоянное, из однофазного - в трёхфазное и т.д. В эксплуатации находятся преобразовательные. Основным элементом выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП) является силовой тиристор. Согласно статистическим данным число отказов тиристоров среди всей электрической аппаратуры довольно большое, Согласно техническим условиям число отказов тиристоров не должно превышать 12 на 106 км пробега, но, как показывают статистические данные, это число достигает 25,5 на 106 км пробега. Поэтому для повышения надёжности тиристорных преобразователей необходимо иметь специальные стенды и установки для их диагностирования в условиях эксплуатации. Согласно стандарту проверять необходимо следующие параметры тиристоров, повторяющийся импульсный обратный ток и повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии; отпирающий ток управляющего электрода; импульсное напряженне в открытом состоянии; предельно преобразуемая мощность. С точки зрения диагностирования тиристорных преобразователей необходимо знать те параметры, которые определяют техническое состояние как отдельного тиристора, так и преобразователь-ной установки в целом. Для диагностирования тиристорных преобразова-телей разработаны и внедряются в локомотивных депо переносные и стационарные устройства тестового и рабочегодиагностирования. При выборе средств технического диагностирования необходимо учитывать компактность, стоимость, массу, универсальность и возможность подключения к автоматизированным средствам обработки информации. Прибор позволяет контролировать значение импульсного напряжения в открытом состоянии тиристора и максимальную амплитуду тока. Если тиристор не выдерживает максимальных параметров, то его отбраковывают. С помощью этого прибора проводится подбор заменяемых тиристоров по прямому падению напряжения. Согласно инструкции, разброс по суммарному прямому падению напряжения между параллельными ветвями тиристоров плеча допускается не более 0,25 В. В комплект ранее рассмотренного прибора входит прибор, предназна-ченный для диагностирования цепи управления тиристором. Основные параметры, определяющие работоспособность управляю- щей цепи тиристора значения тока, напряжения и продолжительность импульса управления. Немаловажную роль играет и форма управляю- щего импульса, поэтому при диагностировании цепи управления необ- ходимо определить роль и влияние формы на надёжность включения ти- ристора. Если рассмотреть характеристику цепи управления тиристором, то видно, что все параметры находятся в определённой зависимости от температуры окружающей среды. Для разработки методики диагностирования выбираются этaлонные параметры и параметры предотказного состояния. Согласно техническим условиям завода-изготовителя, при замене тиристоров вновь устанавливае-мые должны иметь ток управления не менее 30 мА и напряжение управления не менее 1 В при температуре окружающей среды плюс 25 °С. Устройство диагностирования цепи управления тиристорами получает питание от источника однофазного переменного тока напряжением 220 В и потребляет мощность в режиме измерения 100 Вт. Устройство позволяет диагностиро-вать цепи управления тиристоров без разборки силового преобразователя непосредственно на электровозов своевременно выявлять потенциально ненадёжные тиристоры. 7. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА В системах контроля, управления и защиты современных локомотивов применяются электронные устройства на дискретных элементах и интегральных микросхемах. Это блоки управления выпрямительно-инверторным преобразователем БУВИП, блоки управления реостатным и рекуперативным торможением БУРТ и САУРТ, блоки обеспечения безопасного движения, устройства автоматизации управления и контроля и многие другие. Блочность конст-рукций позволяет лучше и с большими удобствами проводить контроль технического состояния сложных электронных устройств. Каждый блок имеет контрольные точки, которые позволяют быстро выполнять техническое диагностирование. Для удобства контроля все точки выводятся на лицевые панели блоков. Главным при диагностировании электронных устройств локомотива является правильный выбор диагностических параметров и методики диагностирования. Сигналы любого электронного блока характеризуются амплитудой, формой, частотой, периодом и др. Процедура контроля строится обычно по классической схеме провеpoч-нoгo эксперимента: на входы контролируемого блока подаются тестовые (стимулирующие) воздействия, а с выходов снимается необходимый сигнал. Сравнение полученного сигнaла с ожидаемым эталонным позволяет судить о техническом состоянии электронного устройства. Наиболее простым вариантом сравнения сигналов является процесс тестированияпо заранее составленной таблице истинности, когда каждой совокупности входных сигналов соответствует определённая ожидаемая реакция. Помимо тестового применяется рабочее диагностирование, но при этом необходимо иметь стыковочные устройства с разделительными устрой-ствами во избежание взаимного воздействия рабочих и диагностических сигналов. К обычным средствам контроля относятся приборы, которые наиболее широко используются для тестирования измерительных устройств. В качестве тестовых приборов используются генераторы, а в качестве из- мерительных - осциллографы, импульсные вольтметры, частотомеры, счётчики и др. Для фиксации и индикации непериодических сигналов применяют запоминающие осциллографы, в которых аналоговый сиг- нал преобразуется в цифровой, хранится в памяти и затем, вновь преоб- разуясь в аналоговый, индуцируется на экране. Сопоставляя фактические характеристики выходного сигнала контролируемого блока с эталонными, определяют его исправность, а проверяя прохождение сигнала по контрольным точкам, выявляют участок электронной схемы, содержащий дефектный элемент. Такой способ диагностирования характерен для блоков с аналоговыми сигналами и для цифровых блоков, выполненных по ниточной структуре. Для аппаратуры шинной структуры с программным управлением пред- почтительнее представление информации в параллельном коде одновремен-но на большом числе линий. В этом случае обычная контрольно-измери-тельная аппаратура может использоваться как вспомогательная, а для диагностирования созданы специальные устройства, такие как логические и сигнатурные анализаторы, генераторы логических состояний, внутрисхемные эмуляторы. Генераторы логических состояний вырабатывают последователь-ность многоразрядных слов, поступающих параллельно на проверяемые блоки. В них устанавливают длину последовательности, частоту поступа-ющих сигналов, вид кода и т.п. Сигнатурный анализ основан на том, что технически исправное элек- тронное устройство (чаще цифровое) при периодическом воздействии на него тестового сигнала всегда выдаёт один и тот же выходной сигнал. Если же этот выходной сигнал отличается от ожидаемого, блок считается технически неисправным. Логические анализаторы представляют собой первые приборы диаг- ностирования, заменившие традиционные приборы и аппараты. Основ- ная задача логических анализаторов - следить за изменением параметров сигнaлов в выбранных точках и сопоставлять полученные данные с эталон-ными. Сигналы со временем меняются по форме, амплитуде, по этому принципу разделяются и логические анализаторы. Для работы с логичес-кими анализаторами необходимо хорошо знать методику отыскания неисправностей, уметь интерпретировать полученные данные и ясно представлять структуру контролируемого блока и особенности его работы. Под эмуляцией понимают совокупность операций, при которых одно устройство (моделирующее) копирует действие другого устройства (моде-лируемого). Комплексы аппаратных и программныx средств, реaлизующих эти операции, эмуляторы получили значительное распространение при поиске неисправностей в программно-управляемой аппаратуре, такой как блок управления выпрямительно-инвенторным преобразователем, блоки управления электрическими тормозами и др. Для диагностирования блока БУВИП разработано специализированное устройство, моделирующее работу блока. Оно имеет 16 входных каналов и выполняет 190 контрольных операций. Благодаря использованию принципа параллельного контроля нескольких параметров собственное время полного контроля БУВИП не превышает 1 мин. Управление режимом работы БУВИП, анализ диагностических сигналов и принятие решения о техническом состоянии блока управления проводятся в автома-тическом режиме. Диагностирование БУВИП заключается в контроле следующих пара-метров: отсутствие пропуска импульсов управления на действующих выходах, т.е. выходах, которые должны выдавать сигнал управления согласно алгоритму функционирования блока; отсутствие импульсов на недействующих блоках; отсутствие лишних импульсов на действующем выходе; отсутствие кратковременных изменений фазы и других параметров при воздействии на блок управления вибрационных нагрузок; нaличие импульсов управления с заданными фазами нa выходах блока в зависимости от режима работы зоны регулирования и полупериода напряжения сети, т.е. проверка алгоритма распределения импульсов управления по плечам ВИП и ВУВ; время постоянной задержки импульсов; диапазон изменения фазы импульсов, регулируемой контроллером машиниста; коррекция фазы импульсов в зависимости от продолжительности коммутации тока, формы напряжения сети, скорости изменения тока якоря и ограничений, накладываемых на фазу согласно aлгоритму функционирования блока; напряжения включения и выключения пороговых элементов преобразователя напряжения в код номера зоны. Достоверность диагностирования зависит от принятых допусков, точности измерительной аппаратуры и выбранных датчиков имитации контроллера машиниста и силовых цепей. Следует отметить, что схемы диагностирования электронных устройств имеют большую сложность и нередко дополняются элементами самодиагностирования. Нaличие пос- ледних сопряжено с заметным повышением стоимости разработки и самих приборов. Однако дополнительные затраты с избытком окупаются за счёт снижения простоя объектов диагностирования при техническом обслужива-нии и повышением уверенности пользователя в измерительных приборах. Наличие средств самодиагностирования повышает надёжность сложных схем, какими являются схемы управления тиристорными преобразователями. Устройство диагностирования цепей управления тиристорным пре- образователем электропоезда состоит из датчиков тока, выходных каскадов, блока управления с индикацией результатов диагноза по критериям "Норма", "Больше нормы", "Меньше нормы". Блок устройства управления хранит алгоритм диагностирования и управляет работой всех остальных элементов схемы. Так происходит диагностирование электронных блоков с помощью переносного прибора без снятия диагностируемых блоков с локомотива. Прибор можно использовать и для стендовых исследований состояния электронных блоков и поиска дефекта с глубиной поиска неисправности до отдельного конструктивно разделённого блока. Прибор получает питание от бортового источника напряжением +50 В. Он подключается к блоку электронного управления через разъём. Прибор позволяет проводить безосциллографическую проверку правильности функ-ционирования электронного блока управления преобразователем. 1. ЭКИПАЖНАЯ ЧАСТЬ В самых трудных условиях эксплуатации находится механическая часть тягового подвижного состава. Динамические воздействия от пути, продольные удары от вагонов, поперечные колебания в кривых рождают самые разнообразные усилия, вызывающие появление чрезмерных износов, трещин, изломов и других дефектов. Быстрое развитие дефекта приводит к аварийной ситуации, а иногда и к аварии с большими последствиями. Экипажная часть локомотива является той частью, которая обеспечивает безопасность движения, поэтому её детали и узлы должны проверяться и диагностироваться в первую очередь. К основным узлам экипажной части локомотива, обеспечивающих безопасность движения, относятся колёсные пары, буксовые узлы, рессорное подвешивание, а также автосцепные устройства и рамы тележек. Основными задачами технического диагностирования экипажной части является своевременное выявление дефектов, предупреждая при этом аварийное состояние всех узлов и деталей. При разработке систем диагностирования узлов экипажной части следует учитывать, что технический контроль должен проводится не только в стационарных условиях, но и в движении. Следует отметить, что в большинстве случаев наиболее достоверную информацию о состоянии экипажной части можно получить только в движении. Поэтому наибольшей информативностью обладают встроенные (бортовые) средства, особенно для электровозов, имеющих большие плечи обслуживания. Но не все дефекты можно обнаружить с помощью встроенных средств, поэтому применяют стационарные средства контроля, которые дополняют и углубляют Для технического диагностирования экипажной части используют разнообразные методы виброакустические, тепловые, методы спектрaльного анализа и др. Наибольшее распространение получили виброакустические и тепловые методы. Для обнаружения греющихся букс в поезде применяют напольные датчики, работа которых основана на тепловом методе контроля. Буксовые узлы. Буксовый узел на любом локомотиве является наи- более важным узлом, обеспечивающим безаварийную работу, поэтому контроль за его состоянием должен проводиться в первую очередь. Условия работы буксового узла и конструктивные особенности не позволяют проводить визуальный контроль его технического состояния, а требуют наличия специальных средств. Для того чтобы можно было получить информацию о техническом состоянии детaлей буксы, необходимо подобрать датчики и преобразователи физических параметров в электрические. Датчики подбирают исходя из сигналов, поступающих от детaлей буксового узла. Сигнaлы можно получить или во время движения локомотива, или в дело при вывешивании колёсных пар, но в каждом случае необходимо учитывать взаимное расположение деталей буксы. Работоспособность буксового узла в основном определяется состо- янием подшипников. Сигнал в подшипнике зарождается при взаимо- действии наружного и внутреннего колец, а также роликов в рабочей зоне, которая при вывешивании колёсных пар переходит в нижнюю часть буксы. Масса колёсной пары передаётся на нижнюю часть роликов. Обычно акустический сигнaл буксового подшипника представляет собой лёгкий шум, среднее значение которого значительно ниже шума редуктора. При разгоне и остановке локомотива хорошо прослушивается постукивание, возникающее от перекатывания внутреннего кольца подшипника по роликам. Такое явление называется прецессией вала. Вал при вращении в подшипниках занимает два положения "низкое" и "высокое". В первом случае вал опирается на два ролика и имеет устойчивое положение. Вращаясь, вал (внутреннее коль- цо) вращает ролики и въезжает на них как на колёсах вверх по беговой дорожке наружного кольца подшипника. Подъём происходит сравнительно медленно и продолжается до тех пор, пока центр одного из роликов не пересечёт линию действия радиальной силы. В этот момент вал занимает неустойчивое положение и опрокидывается, ударяясь при этом о следующий ролик. Сила удара зависит от размера радиального зазора, а частота удара равна частоте пересечения роликами линии действия радиальной силы. Она зависит от размера подшипника, числа роликов и частоты вращения вала. Кинетическая энергия удара расходуется на разрушение подшипника, его нагрев и возбуждение в механизме упругих волн. И в этот момент зарождается сигнал, соответствующий техническому состоянию подшипника. Данное явление прослушивается у всех подшипников при вращении колёсной пары на мaлой скорости. С увеличением скорости звуки от перестукивания сливаются в однотонный гул. Подобные колебания вала при перекатывании по роликам называются релаксационными, или разрывными. Релаксационные колебания ха- рактеризуются периодом, амплитудой и начальной фазой, что позволяет рассчитать необходимые параметры диагностического сигнала. Все однотипные подшипники имеют одинаковые параметры, что даёт возможность иметь одно устройство диагностирования для всех однотипных букс. Для диагностирования буксовых узлов необходимо выбрать эталонные параметры. Их выбирают на основе анализа отказов, их причин и с использованием методик, рассмотренных ранее. К этaлонным параметрам буксового узла относятся: температура внутри буксы и разночастотные акустические сигналы Основная неисправность буксового подшипника -разрыв внутреннего кольца. Она возникает преимущественно из-за нарушения технических условий при напресовке. В момент разрыва кольцо раздаётся и зажимает все ролики. При вращении колёсной пары слышны щелчки, возникающие в момент прохождения места разрыва точки касания ролика. Щелчки отчётливо слышатся в течение всего оборота колёсной пары на любой частоте вращения в обе стораны в режиме тяги и на выбеге. При наличии электроожога на роликах происходит зажим роликов в дефектном месте, особенно при небольшом радиальном зазоре. При свежих электроожогах появляются приглушённые периодические импульсы, ощущаемые рукой. С течением времени следы электроожога закатываются, но остаются местные одиночные дефекты, вокруг которых выкрашивается металл. Одиночный дефект на ролике вызывает едва слышимые глухие им- пульсы и толчки. Частота появления импульсов меньше частоты враще- ния колёсной пары, поскольку ролик вращается вместе с сепаратором с частотой меньшей частоты вращения колёсной пары в 2,4 раза. Сигнал возникает в рабочей зоне, а размеры ролика таковы, что касание дефектного места внутреннего и наружного колец происходит всего 1 раз. Одиночный дефект на внутреннем кольце вызывает появление периодического приглушённого дребезга (три-четыре имлульса одновременно). Его период равен времени оборота колёсной пары. При длительной стоянке локомотива происходит обводнение смазоч- ного материала, вследствие чего нижние ролики и внешние кольца по- крываются ржавчиной и при прокручивании колесной пары появляются приглушённые непрерывные импульсы, но более частые, чем от дефекта на внутреннем кольце. Это объясняется тем, что на один оборот колёсной пары приходится шесть перекатываний по дефектному месту. Малый радиальный зазор одного из рядов буксового подшипника вызывает непрерывный приглушённый перестук роликов. В данном случае явление прецессии проявляется более отчётливо на низкой и высокой частотах вращения. К перекатыванию добавляется шум повышенной частоты. Он более звонкий, причём на высокой частоте вращения появ- ляются посвистывание (заедание роликов) и сильные удары, связанные с выходом ролика из рабочей зоны. Этот дефект быстро прогрессирует и может привести к разрушению деталей подшипника. Если прослушивается небольшой периодический шум, то это указы- вает на возможность касания фигурной втулкой задней крышки буксы. Период касания равен периоду оборота колёсной пары. Переставляя датчик по шпилькам, можно определить точное место заедания (касания). Выкрашивание кусков медно-графитовой токоотводящей щётки на некоторых буксах вызывает периодическое одиночное постукивание. Для убедительности и достоверности датчик необходимо установить на корпус буксы (токосъёмную часть). Сдвоенное постукивание появляется в буксах, на которых установ- лен привод к скоростемеру. Период постукивания в 18 раз меньше времени оборота колеса. Причина - большой зазор между пальцем и планкой привода. Для подтверждения необходимо датчик установить на крышке привода. Плохое крепление стопороной планки или выпадение болта характеризуется звонким непериодическим постукиванием. Все эти признаки определяются виброакустическим методом и прибо- рами, построенными на его основе. Следует отметить, что каждый де- фект имеет свою определённую частоту, что позволяет более точно уста- новить вид дефекта. Кроме этого, постоянно измеряется температура внутри буксы, а в условиях депо можно проверить качество смазочного материала и наличие в нём продуктов износа методом спектрального анализа. Таким образом, при наличии трёх диагностических параметров обес- печивается достаточная глубина поиска места неисправности и высокая достоверность диагностирования. Для определения температуры внутри буксы используется темпера- турный датчик, который монтируется внутри буксы, а информация от датчика через усилитель поступает в устройства обработки и индикации. В качестве датчиков используются термопары, термисторы, термочувствитель-ные элементы и другие устройства, позволяющие с большой точностью и без помех выдавать постоянную информацию о состоянии буксового узла. Для контроля за температурой буксовых узлов на железнодорожной линии используются специaльные устройства для обнаружения нагретых букс (ПОНАБ). Чувствительным элементом устройства является балометр, реагирующий на инфракрасные лучи, которые излучает нагретая букса. Виброакусгические приборы (датчики) можно располагать в комплексе с другими приборами или использовать как отдельные переносные приборы. В качестве чувствительного элемента применяют пьезодатчики КД-41, микротелефонные капсюли и др. Сигнал от датчика поступает на электронные усилители, фильтры частот и далее в устройства обработки информации и индикации. Для большей достоверности виброакустические приборы дополняются головными микротелефонами для прослушивания работы букс и определения уровня шума. Более широкие возможности у передвижного виброакустического ком-плекса, смонтированного из серийно выпускаемых приборов. Комплекс состоит из пьезодатчика, предварительного усилителя с измерителем средних и пиковых значений сигнала, комбинированного фильтра, двухлучевого портативного осциллографа, магнитофонной приставки и головного микротелефона. Усилитель работает в диапазоне частот от 2 Гц до 15 кГц с коэффициентом усиления 76 дБ. Комплекс позволяет измерять виброперемещение, виброскорость и виброускорение. С помощью комби-нированного фильтра можно выбрать любую частоту и использовать поло-совые фильтры. Информация, полученная с помощью виброизмеритель-ных приборов, поступает на осциллограф, а при наличии микропроцесс-сорных устройств - на порт ввода в микро ЭВМ для дальнейшей обработки информации и её хранения в памяти. Применение бортовых средств диагностирования буксовые узлов позволяет получить наиболее достоверную информацию о техническом состоянии буксовых узлов, так как диагностические параметры измеря- ются в рабочем режиме и есть возможность вести контроль за скоростью нарастания дефекта. |