Техническое диагностирование в локомотивном хозяйстве

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.

4. 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. 5).

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.

Рис. 5. Секции тепловоза

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.

Размещено на Allbest.ru