Диагностирование колесных пар электровозов

Размещено на http://www.allbest.ru/

“ЎЗБЕКИСТОН ТЕМИР ЙЎЛЛАРИ” ДАТК

ТОШКЕНТ ТЕМИР ЙЎЛ МУХАНДИСЛАРИ ИНСТИТУТИ

“Электр транспорт ва юкори тез юрар электр харакат таркиби” кафедраси

МАЛАКАВИЙ БИТИРУВ ИШИ

Мавзу: Диагностирование колесных пар электровозов

Муаллиф: Уктамов М.М.

Ра?бар: Инсапов Д.М.

Маслахатчилар: Акбаров М.

Криворучко Б.В.

Та?ризчи: Лукаев Г.А.

Тошкент - 2013 й.

I. УСЛОВИЯ РАБОТЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭПС

дефектоскопный электроподвижной колесный

1.1 Основные узлы механической части электроподвижного состава и их назначение

Механическое оборудование эдектровозов и мотор-вагонного подвижного состава включает в себя кузов, рамы тележек, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговую зубчатую передачу, сцепные приборы и тормозную рычажную передачу [1] (рис. 1.1). Самым крупным по массе и объему узлом ЭПС является кузов, служащий для размещения оборудования, пассажиров и защиты их от внешних воздействий. Кузов вагона представляет собой цельнонесущую металлическую конструкцию, собранную из продольных (боковые балки рамы, верхние обвязочные угольники) и поперечных (вертикальные стойки боковых стен, дуги крыши, поперечные балки рамы кузова) элементов, перекрытых стальными тонкостенными гофрированными листами. Кузов каждого вагона опирается на две двухосные или трехосные тележки. Тележки предназначены: для передачи тяговых и тормозных усилий на раму кузова через шкворневые устройства; обеспечения плавного хода вагона путем гашения вертикальных и горизонтальных колебаний от стыков и неровностей пути, от центробежных сил при движении в кривых; сохранения вертикального положения кузова путем создания возвращающих сил и для обеспечения более легкого вписывания колесных пар на кривых участках пути. Тележки состоят из рам, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозной рычажной передачи с тормозными башмаками и колодками. Электровозы и вагоны электропоездов оборудованы нежесткой автосцепкой СА-3, предназначенной для соединения вагонов друг с другом и для передачи тяговых усилий, поглощения ударов, возникающих при движении и маневровой работе. Тормозная рычажная передача служит для передачи усилия от тормозных цилиндров или от привода ручного тормоза к тормозным колодкам.

1.2 Типы нагрузок, действующих на элементы механического оборудования ЭПС

В процессе эксплуатации механическое оборудование ЭПС подвергается воздействию широкого спектра механических и тепловых нагрузок, которые оказывают существенное влияние на его работоспособность. Взаимодействие напряжений от этих нагрузок с остаточными технологическими напряжениями может привести к возникновению усталостных трещин или хрупкому излому. Силы, действующие на элементы механического оборудования ЭПС, по их влиянию на долговечность могут быть разбиты на две группы :

- статически действующие силы (вес, прессовая посадка), в том числе и силы, медленно меняющиеся во времени - квазистатические (нагрузки, действующие при реализации силы тяги и торможения);

- переменные нагрузки, вызванные воздействием пути и сопровождающие колебания надрессорного строения (нагрузки при движении в кривой при колебании экипажа, неровностями на пути [2].

Виды нагрузок, действующих на элементы механического оборудования ЭПС представлены в таблице 1.1.

Основными нагрузками первой группы являются:

- вертикальная весовая нагрузка;

- центробежная сила и сила давления ветра, а также вызываемая ими реакция рельсов в опорных точках колес;

- усилия, возникающие при работе тяговых двигателей;

- силы действующие при торможении.

Нагрузки, связанные с работой тяговых двигателей, зависят от ограничения силы тяги по сцеплению и с ростом скорости снижаются.

Силы от центробежной нагрузки и от взаимодействия колес с рельсами зависят от скорости движения, радиуса кривой, возвышения наружного рельса и достигают наибольшего значения при скорости движения, максимально допустимой по условию безопасности. При трогании с места достигают максимума напряжения от системы сил, связанных с работой двигателя, но отсутствуют центробежная сила и динамические добавки. При движении с высокой скоростью на выбеге отсутствуют напряжения от тяговой нагрузки, но велики динамические добавки. Каждому режиму движения соответствует свое сочетание нагрузок, но максимальные напряжения, как правило, возникают при движении в кривой с возвышением в режиме тяги с максимально допустимой скоростью.

Нагрузки, вызванные воздействием пути носят случайный характер как по частоте, так и по амплитуде и вызывают накопление усталостных разрушений [3]. Если за начало подвижной системы координат принять какую-нибудь точку, лежащую в плоскости XY и принадлежащую системе экипажа, то положение экипажа будет в каждый момент определяться координатами х, у и z этой точки относительно принятой неподвижной системы координат, а также углами поворота ц_x, ц_y, ц_z (рис. 1.2). Различают следующие виды колебаний:

- вертикальные колебания на рессорном подвешивании надрессорного строения в направлении оси Z (подпрыгивание);

- колебания в направлении оси Х возникающие при меняющейся продольной тяги или торможении при наличии упругой связи между единицами ЭПС (подергивание);

- поступательное перемещение всего экипажа в поперечном направлении по оси Y от одной рельсовой нити к другой (боковой относ);

- продольные колебания (галопирование), определяемые углом поворота ц_y надрессорного строения вокруг поперечной оси Y;

- колебание виляния - вращение вокруг оси Z на угол ц_z;

- поперечные колебания надрессорного строения экипажа - вращение вокруг продольной оси на угол ц_x за счет деформации рессорного подвешивания правой и левой стороны в противоположных направлениях.

В колебаниях виляния и относа участвует не только надрессорное строение, но и необрессоренные части. Указанные перемещения колесных пар в рельсовой колее вызывают появление упругих сил со стороны рельсового пути, стремящегося восстановить свое первоначальное положение.

II. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ (НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ) ПРИ РЕМОНТЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭПС

2.1 Назначение системы неразрушающего контроля

Эксплуатационная надежность подвижного состава и безопасность движения на железных дорогах зависят от запаса прочности, заложенного при проектировании локомотивов ЭПС, а также от состояния системы неразрушающего контроля при проведении ремонтных работ. В процессе эксплуатации технических объектов важную роль играет система НК элементов этих объектов, представляющая собой совокупность физических методов, технических средств и технологий контроля. В общем случае действие системы НК направлено на решение следующих задач:

- обеспечение безопасной эксплуатации технического объекта путем исключения случаев разрушения ответственных элементов данного объекта из-за наличия в них дефектов;

- повышение экономической эффективности при эксплуатации технического объекта путем исключения внепланового ремонта и простоев оборудования;

- повышение уровня безопасности и экономической эффективности технического объекта путем совершенствования его конструкции, технологий изготовления, эксплуатации и ремонта элементов объекта по результатам НК, т.е. реализация «обратной связи» контроля с производством.

2.2 Классификация видов и методов неразрушающего контроля

Неразрушающим контролем называют контроль качества продукции, который должен не нарушать ее пригодность к использованию по назначению (ГОСТ 16504-81). НК предназначен для выявления дефектов типа нарушения сплошности материала изделия, контроля геометрических параметров, оценки физико-химических свойств материала.

Неразрушающий контроль в зависимости от физических явлений (ГОСТ 18353-79), положенных в его основу, подразделяется на виды, состоящие в свою очередь, из методов, различающихся по характеру взаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом, информативным первичным параметрам и способам получения первичной информации. Физические методы НК чрезвычайно разнообразны.

В настоящее время система неразрушающего контроля ответственных деталей ЭПС базируется на основе магнитопорошкового, ультразвукового и вихретокового метода контроля.

Методом контроля называют правила применения определенных принципов диагностирования и средств контроля.

2.2.1 Магнитный вид неразрушающего контроля

Рассмотрим некоторые виды магнитного неразрушающего контроля:

а) магнитопорошковый метод неразрушающего контроля - метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации магнитных полей рассеяния над дефектами с использованием в качестве индикатора ферромагнитного порошка или магнитной суспензии (на притяжении магнитных частиц силами неоднородных магнитных полей, возникающих над дефектами в намагниченной детали) (рис 2.2).

На частицу магнитного порошка вблизи трещины Т действуют: затягивающая сила магнитного поля дефекта Fз, сила тяжести частицы Fт и сила трения Fтр. Значение и направление результирующей силы Fр зависит от расстояния от трещины. На некотором расстоянии от трещины она заставляет частицу перемещаться к дефекту, а вблизи ее - притягивает к поверхности металла.

При магнитопорошковом контроле выявляются поверхностные дефекты типа нарушений сплошности металла: трещины различного происхождения, флокены, закаты, надрывы, волосовины, расслоения, дефекты сварных соединений и др. в деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов. На железнодорожном транспорте магнитному контролю подвергаются следующие объекты подвижного состава: детали ударно-тягового и тормозного оборудования, рамы тележек различных моделей в сборе и по элементам, шкворни, оси колесных пар всех типов в сборе и свободном состоянии, диски, гребень и спицы колес, свободные кольца буксовых подшипников, внутренние кольца, напрессованные на шейки оси, венцы зубчатых колес и шестерни тягового редуктора и т.п.

Результаты магнитопорошкового контроля зависят от магнитных свойств материала, формы, размеров и шероховатости поверхности контролируемой детали, местоположения и направления выявляемых дефектов, режима намагничивания, свойств применяемого магнитного индикатора и способа его нанесения. Например: дефектоскопом, представленным на рис. 2.3, выявляются поперечные и наклонные трещины средней части оси колесной пары способом приложенного поля.

Поле рассеяния дефекта максимально, если трещина расположена перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Если угол б между силовыми линиями и трещиной меньше 30⁰ (трещина Т₂ ) (рис.2.4), то поле дефекта может быть недостаточным для выявления дефекта, а при б менее 10⁰ (трещина Т₃) - дефекты не выявляются, т.к. поле дефекта равно нулю.

Существенным недостатком магнитопорошкового метода является сложность автоматизации обработки и регистрации результатов контроля;

б) феррозондовый метод неразрушающего контроля - метод неразрушающего контроля, основанный на выявлении феррозондовым

преобразователем магнитного поля рассеяния дефекта в намагниченных изделиях и преобразовании его в электрический сигнал, предназначен для выявления подповерхностных дефектов типа нарушений сплошности: волосовин, плен, трещин, ужимов, закатов, раковин и др.

Выбор феррозондовых преобразователей в качестве индикаторов магнитного поля рассеяния над дефектом в намагниченной детали обусловлен малой потребляемой мощностью, незначительными габаритами, высокой надежностью работы, высоким КПД и избирательностью к локальным магнитным полям рассеяния. Типы дефектоскопов и установок: ДФ-103, ДФ-201, ДУ 101.3, УДП-85П, намагничивающие устройства - МСН-10, МСН12-01 и МНС15, МНС11 и т.д.

2.2.2 Ультразвуковой метод неразрушающего контроля

Ультразвуковой метод неразрушающего контроля - метод акустического неразрушающего контроля, при котором применяются приборы и устройства, использующие ультразвуковой диапазон частот.

Ультразвуковой контроль применяют для обнаружения несплошностей:

- усталостных трещин в осях колесных пар (в том числе, без снятия внутренних колец роликоподшипников с шеек осей);

- усталостных трещин в зоне галтели вала ведущей (малой) шестерни тягового редуктора (без демонтажа внутренних колец подшипников и самой шестерни вала);

- в межзубных впадинах шестерни и зубчатого колеса тягового редуктора;

- усталостных трещин в стержнях подвешивания тягового редуктора без их демонтажа;

- в бандажах колесных пар (или ободьях) - несплошностей, являющихся браком завода-изготовителя, а также усталостных трещин, появление которых возможно в процессе эксплуатации.

Основным недостатком применяемых средств и технологий ультразвукового контроля является необходимость обеспечения надежного «акустического контакта» между ультразвуковым преобразователем и поверхностью детали с помощью контактной жидкости (индустриального масла). В то же время ультразвуковой метод обеспечивает наибольшую эффективность контроля (за счет выявления как поверхностных, так и внутренних дефектов), обладает высокой чувствительностью и относительно легко поддается автоматизации.

Эхо-метод основан на способности ультразвуковых волн, излучаемых в контролируемое изделие, отражаться от дефектов с последующей регистрацией эхо-сигналов индикаторами дефектоскопов. На долю эхо-методов приходится около 97% общего объема ультразвукового контроля при плановых видах ремонта подвижного состава [7].

Излучаемые в изделие через определенные промежутки времени импульсы ультразвуковых волн при помощи пъезоэлектрического преобразователя (ПЭП) отражаются от противоположной (донной) поверхности изделия и возвращаясь, попадают на пьезопластину преобразователя. На экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) возникает донный сигнал. Если в изделии имеется дефект, то между зондирующим импульсом и донным появиться эхо-сигнал от дефекта.

При использовании теневого метода УЗК на контролируемую деталь с двух сторон устанавливают два пьезоэлектрических преобразователя (рис. 2.6), один из которых является излучателем (И) ультразвуковой волны, а второй-приемником (П). Если на пути УЗВ нет дефектов, то уровень принятого сигнала на экране дефектоскопа максимален (рис 2.6, а). При наличии несплошности сигнал резко падает до нуля, т.к. дефект создает «акустическую тень» (рис. 2.6, б).

При зеркально-теневом методе УЗК, пьезоэлектрический преобразова-тель является и излучателем и приемником (рис.2.7). Возбуждаемая УЗВ проходит через деталь, отражается от второй поверхности - «дна» и воспринимается этим же пьезоэлектрическим преобразователем. Признаком обнаружения дефекта является падение амплитуды донного сигнала (рис. 4.7, б).



Рисунок 2.6 - Изменение уровня принятого сигнала при теневом методе контроля: а) при отсутствии дефекта; б) при наличии дефекта

Рисунок 2.7 - Изменение уровня донного сигнала при зеркально-теневом методе контроля: а) при отсутствии дефекта, б) при наличии дефекта

2.2.3 Вихретоковый неразрушающий контроль

Вихретоковый неразрушающий контроль - метод неразрушающего контроля, основанный на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электрическим полем вихревых токов, наводимых в объекте контроля этим полем (ГОСТ 24289-80). Вихретоковый метод применяют для контроля деталей механической части и элементов рам тележек локомотивов, литых колесных центров и деталей автосцепного устройства, а так же роликов и латунных сепараторов подшипников. Этот метод применяют для обнаружения поверхностных трещин и оценки глубины трещин (рис. 2.8). Недостатком вихретокового метода является низкая производительность контроля из-за необходимости сканирования поверхности детали при ручном контроле, поэтому этим методом обычно контролируют локальные участки деталей, наиболее подверженные образованию трещин. Применение вихретокового метода позволяет автоматизировать технологический процесс контроля деталей.

Принцип действия вихретокового метода основан на возбуждении в контролируемой детали вихревых токов с помощью вихретокового преобразователя (ВП) [7]. В качестве чувствительного элемента ВП обычно исполь зуются индуктивные катушки, по которым пропускается переменный или импульсный ток, создающий вокруг катушки электромагнитное поле (рис.2.9).

Рисунок 2.8 - Контроль вершины гребня дефектоскопами ВД-113 и ВД-113.5: 1-вихретоковый преобразователь; 2 - фиксирующая насадка МП 931

При установке ВП на металлическую (электропроводящую) поверхность магнитное поле катушки вызывает в поверхностном слое металла вихревые токи в виде концентрических окружностей, максимальный диаметр которых примерно равен диаметру катушки. Вихревые токи проникают на глубину от долей миллиметра до нескольких миллиметров в зависимости от частоты возбуждающего тока. Чем выше частота возбуждающего тока, тем меньше глубина проникновения вихревых токов. Параметры вихревых токов зависят от многих факторов, в том числе от частоты и формы возбуждающего тока, электромагнитных свойств поверхностного слоя материала контролируемой детали и наличия трещин в нем.

Вихревые токи создают собственное (вторичное) магнитное поле, которое воздействует на ВП, изменяя его параметры. По характеру этих изменений можно судить о наличии трещин в контролируемой детали.

Вихретоковые преобразователи разделяют по типу преобразования параметров объекта в выходной сигнал на параметрические и

трансформаторные. ВП с одной катушкой индуктивности, обтекаемой переменным током, по изменению параметров полного сопротивления которой формируют сигнал и судят о качестве объекта контроля, называют параметрическим. Трансформаторный ВП содержит минимум две обмотки. Одна - возбуждения - служит для создания электромагнитного поля, другая - измерительная - для измерения ЭДС, наводимой в ней результирующим магнитным потоком, пронизывающим ВП. Измерительная катушка играет роль вторичной обмотки трансформатора, т.к. амплитуда и фаза синусоидального напряжения в ней будут зависеть от параметров объекта контроля.

2.3 Средства неразрушающего контроля

В локомотивных депо должны применяться дефектоскопы и установки, которые прошли эксплуатационные и приемочные испытания по программам и методикам.

2.3.1 Технические средства ультразвукового контроля

К средствам ультразвукового контроля относят:

- ультразвуковые дефектоскопы (УЗД);

- ультразвуковые толщиномеры (УТ);

- пьезоэлектрические и электромагнитоакустические преобразователи (ПЭП, ЭМАП);

- стандартные образцы (СО) и стандартные образцы предприятий (СОП)-средства УЗК в виде твердых тел, предназначенные для хранения и воспроизведения значений физических величин (геометрических размеров, скорости звука, затухания) и используемые для аттестации и проверки работоспособности ПЭП, метрологической проверки УЗД на заданный режим работы при контроле конкретного вида изделий. На железнодорожном транспорте получили распространение образцы СО-1, СО-2, СО-3, соответствующие ГОСТ 14782-86.

- приспособления для стабилизации акустического контакта;

-устройства, обеспечивающие перемещение (сканирование) ПЭП по поверхности изделия;

- устройства и приспособления, обеспечивающие регистрацию, вывод и обработку данных УЗК, повышающие его достоверность и производительность.

Ультразвуковой программируемый дефектоскоп УД2-102 «Пеленг» является микропроцессорным дефектоскопом общего назначения. В локомотивном хозяйстве используют специализированную версию дефектоскопа, содержащую типовые настройки для ультразвукового контроля деталей ЭПС. Предназначен для НК деталей ЭПС: ультразвуковой контроль осей колесных пар, основного сечения, поверхности катания и

гребней бандажей, удлиненных ступиц колесных центров, межзубных впадин зубчатых колес и шестерен, элементов крепления и подвески (болтов, серег, стержней) (рис. 2.10).

Дефектоскоп состоит из следующих составных частей:

- электронного блока (БЭ);

- сетевого адаптера;

- головных телефонов;

- комплекта инструментов и принадлежностей (ПЭП, кабели, дискета с программным обеспечением для ПК).

УД2-102 «ПЕЛЕНГ» имеет энергозависимую память и обеспечивает:

- программирование рабочих режимов;

- вывод на основное индикаторное устройство (экран) дефектоскопа текстовой информации, упрощающей процессы настройки, поиска необходимых режимов и проведение контроля;

- запоминание рабочих режимов контроля различных деталей (или их зон), а также результатов контроля в памяти дефектоскопа;

- вывод результатов контроля на ПВЭМ, что может быть использовано для автоматизации процесса анализа и расшифровки результатов контроля.

Дефектоскоп УД2-102 «ПЕЛЕНГ» имеет автономное питание, сравнительно небольшую массу и габаритные размеры, позволяет проводить контроль в широком диапазоне рабочих частот с дальностью прозвучивания до 5000 мм.

Блок электронный (БЭ) (рис. 2.11) предназначен для генерации ультразвуковых колебаний, приема и усиления отраженных сигналов, их временной и амплитудной селекции и отображения на дисплее (рис. 2.12), а также для измерения параметров дефектов, управления звуковой сигнализацией и сохранения (вызова) информации из памяти дефектоскопа.

В качестве порогового индикатора дефектов используется встроенный звуковой индикатор и головные телефоны. Типовой интерфейс RS232 предназначен для подключения ПЭВМ.

Комплект ПКРУ обеспечивает контроль осей колесных пар ЭПС без демонтажа колец роликовых подшипников (а в необходимых случаях и без демонтажа буксового узла), в т.ч. с резьбовым креплением буксового узла гайкой; венцов зубчатых колес и шестерен тягового редуктора; удлиненных ступиц колесных центров.

2.3.2 Технические средства магнитопорошкового контроля

При магнитопорошковом контроле деталей применяют переносные, передвижные и стационарные дефектоскопы или намагничивающие устройства.

Рисунок 2.11 - Структурная схема дефектоскопа УД2-102 «Пеленг»

Рисунок 2.12 - Акустическая схема и типовая дефектограмма дефектоскопа УД2-102 «Пеленг» при УЗК контроле: 1-прямой ПЭП; 2- ось ультразвукового луча; 3- боковой луч; 4- зондирующий импульс; 5- сигналы от кромок колец подшипников на шейке оси; 6- помехи от кромок колесного центра; 7- сигнал от трещины в зоне под внутренней кромкой ступицы дальнего колеса; 8- сигнал от галтели шейки оси; 9- донный сигнал; 10-зона контроля.

Комплект специализированных ультразвуковых преобразователей

В зависимости от принципа действия и функционального назначения в состав дефектоскопов входят:

- блок питания или управления;

- намагничивающие устройства (соленоиды, электромагниты, постоянные магниты, гибкие кабели, электроконтакты для пропускания электрического тока по контролируемой детали или ее части и др.);

- вспомогательные приборы, устройства и приспособления.

К вспомогательным средствам магнитопорошкового контроля относятся:

- устройства для нанесения магнитных индикаторов на контролируемую поверхность деталей;

- устройства для осмотра контролируемой поверхности деталей;

- приборы и устройства для проверки режима намагничивания и степени размагничивания деталей;

- приборы и устройства для проверки качества магнитных индикаторов и их компонентов.

Стенд для магнитопорошкового контроля СМК-12

ПКБ ВНИИЖТ разработан стенд СМК-12 (рис. 2.13) для

магнитопорошкового контроля деталей локомотивов, который позволяет намагничивать контролируемые детали двумя соленоидами. При этом обеспечивается удобство проведения технологических операций и увеличивается производительность контроля деталей.

Стенд состоит из двух модулей СМК-12/1 и СМК-12/2, закрепленных на рабочем столе с встроенным поддоном для сбора магнитной суспензии.

Имеются направляющие для перемещения соленоидов и деталей при их намагничивании. К столу крепится рама с кронштейном для подвешивания переносных светильников и емкости для магнитной суспензии.

Модуль СМК-12/1 предназначен для контроля деталей протяженной формы с максимальным размером поперечного сечения не более 200 мм и длиной не более 1500 мм, а также плоских деталей толщиной не более 100 м. Модуль СМК-12/2 предназначен для контроля деталей сложной формы с максимальным размером поперечного сечения не более 500 мм и высотой не более 100 мм (например: фланцев, крышек, ступиц, крестовин).

В комплект поставки стенда входят два одинаковых дефектоскопа МД-12 ПШ (или МД-12ПЭ) и стойка для размещения блоков питания этих дефектоскопов. На рабочем столе предусмотрены поворотное устройство и опоры для размещения деталей.

В приложении 9 приведены основные технические характеристики стенда для магнитопорошкового контроля СМК-12.

2.3.3 Технические средства вихретокового контроля

К техническим средства вихретокового контроля относят:

- вихретоковые дефектоскопы;

- стандартные образцы (СО) и стандартные образцы предприятий (СОП). СОП с поверхностными искусственными дефектами для настройки вихретоковых дефектоскопов поставляются в комплекте дефектоскопа или заказываются отдельно (СОП-НО-037, СОП-НО-038, СОП-НО-904, СОП-НО-903). При контроле деталей сложной формы (внутренние углы, отверстия, пазы) рекомендуется применять СОП, изготовленные из фрагмента (или материала) контролируемой детали с сохранением формы и размеров зоны контроля (СОП Г-образной формы, СОП П- образной формы). СОП должны быть аттестованы в соответствии с ПР 32.140-99 «Метрологическое обеспечение. Стандартные образцы предприятия отрасли. Порядок разработки, аттестации, регистрации, утверждения, контроля и надзора»;

- фиксирующие насадки из неэлектропроводного материала для обеспечения перемещения вихретокового преобразователя без перекосов по траекториям сканирования.

Вихретоковые дефектоскопы ВД-14НФ, ВД-15НФ.

Вихретоковые дефектоскопы ВД-14НФ и ВД-15НФМ (рис.5.4) являются аналоговыми приборами общего назначения. Состоят из электронного блока вихретокового преобразователя, соединенных между собой без разъема. Дефектоскопы имеют режимы обнаружения дефектов (динамический и статический) и измерения глубины дефектов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.4- Общий вид вихретоковых дефектоскопов ВД-14НФ и ВД-15НФМ

Обеспечивают световую и звуковую сигнализацию при обнаружении дефектов. Осуществляют контроль деталей, имеющих обработанную и грубую необработанную поверхности, например: валов, осей, корпуса автосцепки, тягового хомута, колесных центров, бандажей, сварных швов тележек, фланцев и т.п. Основные технические характеристики дефектоскопов ВД-14НФ и ВД-15НФМ представлены в приложении 10.

Ультразвуковые, вихретоковые и магнитопорошковые дефектоскопы должны подвергаться калибровке (поверке) с периодичностью, указанной в эксплуатационных документах, в подразделениях метрологических служб дорог или предприятий, аккредитованных на право проведения указанных работ.

2.4 Выбор средств неразрушающего контроля

2.4.1 Выбор средств неразрушающего контроля при магнитопорошковом контроле

Типы дефектоскопов выбираются согласно перечню типовых узлов и деталей, подлежащих НЗ приведенных в инструкциях и перечню диагностических и технологических устройств, рекомендуемых для применения при текущих ремонтах и техническом обслуживании электропоездов.

Кроме формы и размера детали, направления выявляемых дефектов на выбор типов дефектоскопов при магнитопорошковом НЗ так же влияют магнитные свойства материала проверяемого объекта.

Основные операции и способы магнитопорошкового контроля представлены на рис. 2.15. При контроле способом остаточной намагниченности (СОН) деталь сначала намагничивают, затем после прекращения намагничивания на контролируемую поверхность наносят магнитный индикатор и осматривают ее. При контроле способом приложенного (СПП) поля магнитный индикатор наносят на контролируемую поверхность перед намагничиванием и при намагничивании детали. Для деталей не указанных в Приложениях к Инструкции по НК деталей и узлов локомотивов и МВПС [ ] способ контроля выбирают по ГОСТ 21105 в зависимости от значения коэрцитивной силы Н_с и остаточной индукции В_r материала детали. Коэрцитивной силой называют величину размагничивающего поля, которое должно быть приложено, чтобы установить значение индукции, равное нулю. Зная марку материала проверяемого объекта можно определить значения коэрцитивной силы и остаточной индукции, используя соответствующие справочники по магнитным свойствам сталей. Исходя из положения точки с координатами Н_с и В_r, делают заключение о возможности применения того или иного способа контроля, руководствуясь следующим: если на графике для выбора способа МПК (рис. 2.16) точка (Н_с, В_r) расположена выше кривой, то возможен контроль объектакак СОН, так и СПП; если точка (Н_с, В_r) расположена ниже кривой, то рекомендуется контроль СПП.

Основные способы намагничивания:

а) намагничивание соленоидами применяют преимущественно для осесимметричных деталей или по участкам деталей типа валов, например, на участках средней и подступичных частей, а также шеек оси колесной пары;

Рисунок 2.15 - График для выбора способа МПК

б) электромагниты и постоянные магниты применяют при контроле участков деталей крупногабаритных и (или) сложной формы, если известны зоны контроля и преимущественное направление возможных дефектов (диски колесных центров, кронштейны, головки шатунов, фланцы, крышки, сварные швы рам тележек). Постоянные магниты применяют для намагничвания деталей толщиной не более 25 мм. Намагничивание седлообразным намагничивающим устройством (СНУ) применяют при контроле деталей длиной не менее 600 мм и диаметром не менее 100 мм, для выявления дефектов в которых напряженность магнитного поля должна быть не более 25 А/см (средняя часть оси колесной пары, хвостовик корпуса автосцепки, тяговый хомут и т.п.);

в) циркулярное намагничивание наиболее эффективно для деталей, имеющих форму тел вращения.

Магнитные индикаторы наносят на контролируемую поверхность сухим способом (магнитный порошок) или мокрым способом (магнитная суспензия). Сухой способ нанесения магнитного порошка не применяется при контроле: средней части оси с применением СНУ; мелких деталей круглого сечения диаметром менее 100 мм и деталей с резьбой (валики, болты).

Размагничивание осуществляют воздействием на контролируемую деталь магнитного поля, изменяющегося по направлению и убывающего во времени от начального значения до нуля. При этом начальное значение напряженности магнитного поля должно быть не менее значения напряженности магнитного поля, при котором деталь намагничивалась. Способы размагничивания представлены на рис. 2.17.

III. УСТАНОВКА ДЕФЕКТОСКОПНАЯ ДЛЯ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Необходимость внедрения установки для магнитного контроля осей колесных пар обусловлена отсутствием в ремонтных цехах приспособлений для циркулярного намагничивания внутренних колец роликовых подшипников, напрессованных на шейки осей, с целью выявления в них поперечных трещин.

Применение магнитопорошковых дефектоскопов МД-12ПЭ и МД-12ПШ позволяет определить лишь поперечные и наклонные трещины шейки оси и продольные трещины в кольцах подшипников (рис. 3.1, а), что объясняется особенностями намагничивания соленоидами.

Выявить поперечные трещины в кольцах подшипников, напрессованных на шейки осей колесных пар, можно следующими способами: намагнитить кольца гибким кабелем, намотанным на жесткий каркас из немагнитного материала, расположив его вокруг кольца (рис. 3.1,б) или применить комбинированное намагничивание (рис. 3.1,в) которое достигается в результате одновременного продольного и циркулярного намагничивания. Комбинированное намагничивание позволяет выявлять трещины, направленные под разными углами к оси контролируемой детали. Его осуществляют пропусканием тока по детали с помощью соленоида - продольным намагничиванием и циркулярным полем, возникающим при прохождении импульса тока через ось колесной пары, т.е. происходит намагничивание колец двумя взаимоперпендикулярными полями.

Внутри детали (проводника) (рис. 3.1, г) магнитное поле увеличивается от центра к поверхности (кривая 1). Снаружи от детали (в воздухе) - уменьшается по закону Н = I/2рr (кривая 2). Поэтому целесообразно выбрать комбинированное намагничивание.

3.1 Устройство и принцип работы установки

Действие установки основано на выявлении магнитных полей рассеяния, возникающих над трещинами в намагниченных осях колесных пар и кольцах роликовых подшипников. Намагничивание колец подшипников осуществляется импульсами тока путем разряда конденсаторной батареи через ось и соленоиды, охватывающие шейки оси. Контроль шеек оси осуществляется в приложенном переменном магнитном поле.

Общий вид установки показан на рис. 3.3. Дефектоскопная установка содержит основание с приводом, роликовой опорой, размагничивающий трансформатор, контактные головки, соленоиды, разъемный дефектоскоп для средней части оси и пульты управления. Основание установки представляет собой сварную конструкцию, на которой закреплены рельсы для перемещения колесной пары а также смонтированы роликовая опора с приводом, обеспечивающая вращение колесной пары.

Питание установки осуществляется от сети переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В.

После установки колесной пары на роликовую опору, соленоиды L₁,L₂ надвигаются на шейки оси с кольцами роликовых подшипников, к оси подводятся контактные головки КГ1, КГ2. При замыкании обмотки реле К2 батарея конденсаторов С1…С36 заряжается через выпрямительный мост VD1…VD4 до напряжения 280В. По истечении нескольких секунд реле К2 обесточивается и своими замыкающими контактами через резисторы R3, R4 замыкает цепи питания управляющих электродов тиристоров VS1, VS2. Тиристоры VS1, VS2 открываются в следствии чего происходит разряд конденсаторной батареи С1…С36 через обмотки соленоидов L₁,L₂ и контактную головку КГ1, ось колесной пары, контактную головку КГ2.

Перед выявлением трещин на кольцах с помощью магнитной суспензии соленоиды L₁, L₂ и контактные головки отводятся от шейки оси колесной пары. После осмотра контролируемой поверхности колец производится размагничивание колец.

Размагничивание колец роликоподшипников производится соленоидами L₁, L₂ при питании их от трансформатора Т1 переменным током с частотой 50 Гц.

Таблица 3.1 - Технические характеристики установки

Наименование показателя	Предельные значения
1 Установленная мощность, кВт	не более 22
2 Скорость поступательного движения дефектоскопа разъемного, м/с	от 0,09 до 0,1
3 Частота вращения колесной пары, об/мин	от 5 до 8
4 Напряжение питания сети, В	380
5 Мощность, потребляемая трансформатором при размагничивании внутренних колец подшипников, кВт	не более 6,0
6 Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при разомкнутом соленоиде и номинальном напряжении сети, В	6,0
7 Амплитудное значение тока размагничивания при номинальном напряжении сети, без детали, кА	9,0
8 Амплитудное значение напряженности переменного магнитного поля промышленной частоты в центре соленоида без детали, А/м	не менее 18х103
9 Амплитудное значение импульсного тока, пропускаемого через ось колесной пары и соленоид, кА	не менее 5,0
10 Габаритные размеры, м длина ширина высота	4,5 3,65 0,95
11 Масса, кг	не более 2200

Для подачи тока в соленоиды необходимо замкнуть цепь питания магнитных пускателей КМ7, КМ8. Магнитные пускатели КМ7, КМ8 замыкают цепь питания соленоида L₁, блокируя цепь включения соленоида L₂ для предотвращения одновременной подачи тока на оба соленоида. По окончании размагничивания цепь питания реле КМ3 размыкается и подача тока в соленоид L₁ прекращается.

Размыкание силовых контактов магнитных пускателей КМ7, КМ8 происходит после выключения тока размагничивания что исключает размыкание их под током.

Аналогичным образом производится размагничивание любой стороны оси.

В качестве индикатора трещин на шейках и кольцах предпочтительно использовать смесь магнитного порошка МИНК-070М с трансформаторным маслом ГОСТ 982-80 в количестве 25г порошка на 0,7 л масла или с дизельным топливом ГОСТ 305-86 в количестве 25г на 0,3 л топлива, т.к. применение масляно-керосиновых суспензий на основе концентрата «МИНК-070М» позволяет решить проблему контроля деталей, обезжиривание которых в условиях ремонтных предприятий затруднено. Испытания порошков серии «МИНК» выявили следующие свойства материала:

- высокая чувствительность как к протяженным, так и к коротким дефектам (шлифовочные трещины протяженностью до 1,5 мм);

- четкость валиков индикатора при выявлении усталостных, шлифовочных, термических и др. трещин;

- продолжительный срок хранения суспензий (2 года) за счет введения специальных добавок, предохраняющих от появления ржавчины при попадании влаги [ ].

Магнитный контроль средней части оси производится разъемным дефектоскопом в приложенном магнитном поле. В качестве индикатора трещин в средней части оси применяется сухой магнитный порошок ПЖВ5, класс крупности 160 ГОСТ 9349-86.

IV. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ДЕФЕКТОСКОПИИ КОЛЕСНЫХ ЭПС

4.1 Краткая характеристика технологического процесса магнитопорошкового и ультразвукового контроля колесных пар ЭПС

В ремнтном производстве ЭПС технология магнитопорошкового контроля включает следующие операции:

-подготовка детали к контролю:

1) средняя часть оси очищается от грязи, смазки, окраски с применением волосяных и металлических щеток, скребков, ветоши и салфеток, шейки и напрессованные кольца подшипников тщательно протираются;

2) при контроле детали «сухим» способом нанесения магнитного порошка удаляются масляные загрязнения;

3) при контроле деталей с темной поверхностью и использовании темных магнитных порошков на очищенную поверхность наносится тонкий слой светлой краски или алюминиевого порошка;

4) при использовании водных магнитных суспензий на основе КМС «ДИАГМА» контролируемые поверхности обезжиривают с помощью губки, смоченной этой же суспензией;

- намагничивание детали производят с помощью дефектоскопов и намагничивающих устройств;

- нанесение магнитного индикатора:

1) в качестве индикатора трещин на шейках, кольцах и зубчатом колесе используется суспензия, которую наносят путем полива слабой струей или применением пульверизатора;

2) при «сухом» способе нанесения индикатора используется пульверизатор, сито или резиновая груша;

- осмотр контролируемой поверхности и разбраковка:

1) осмотр контролируемой поверхности проводят визуально после прекращения намагничивания при необходимости с применением лупы;

2) при осмотре контролируемой поверхности колец, шеек, средней части оси колесная пара приводится во вращение на роликовой опоре;

- размагничивание:

1) размагничиванию подвергаются детали, имеющие трущиеся при эксплуатации поверхности и детали, находящиеся с ними в контакте после сборки (кольца роликовых подшипников, шейки оси колесной пары, ролики);

2) размагничивание осуществляют теми же намагничивающими устройствами, что и при намагничивании (средняя часть оси не требует размагничивания при условии остановки дефектоскопа в середине колесной пары);

- контроль размагниченности.

Смыв суспензии с колец или шеек колесных пар производится маслом.

После дефектоскопирования колесная пара выкатывается с установки толкателем.

4.2 Вредные и опасные производственные факторы при дефектоскопии колесной пары

Вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работающего приводит к заболеванию.

Опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работающего приводит к травме [ ].

Во время работы на дефектоскописта могут воздействовать следующие основные опасные и вредные производственные факторы :

- вредные производственные факторы:

1) повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;

2) повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

3)повышенный уровень электромагнитных излучений;

4) повышенный уровень шума на рабочем месте;

5) повышенный уровень ультразвука (в зоне прохождения ультразвука в контролируемой детали и в зоне соприкосновения искателя с пальцами рук);

6) повышенный уровень вибрации;

7) недостаточная освещенность рабочей зоны;

8) повышенный уровень ультрафиолетовой радиации (при магнито-порошковом методе НК в случаях применения люминесцентных индикаторов- суспензий, пенитрантов);

-опасные производственные факторы, присутствующие на рабочем месте:

1) опасность поражения электрическим током;

2) движущиеся механизмы, подвижные части производственного оборудования (дефектоскопной установки);

3) погрузо-разгрузочные работы на смежных путях с использованием грузоподъёмных машин.

4.3 Технические и организационные мероприятия по обеспечению безопасности работ

Для обеспечения безопасности работ при дефектоскопии колесных пар необходимо проведение следующих технических мероприятий:

- изоляция токоведущих частей оборудования, установок, дефектоскопов;

- защитное заземление дефектоскопной установки, пультов управления;

- зануление и защитное отключение установки;

- установка приспособления для удерживания колесной пары на месте дефектоскопирования;

- вывешивание предупредительных знаков;

- ограждение рабочего места;

- установка средств пожарной безопасности.

Организационные мероприятия по обеспечению безопасности при дефектоскопировании колесных пар ЭПС следующие:

- содержание дефектоскопной установки и средств неразрушающего контроля в исправном состоянии;

- проведение инструктажей, технической учебы;

- организация, разработка и внедрение технических мер безопасности;

- разработка местной инструкции по охране труда;

- разработка операционной или технологической (маршрутной) карты;

- систематический контроль за соблюдением правил техники безопасности;

- аттестация рабочего места.

4.4 Средства индивидуальной защиты при дефектоскопировании колесных пар

Дефектоскопист должен обеспечиваться следующими средствами индивидуальной защиты:

- перчатками хлопчатобумажными в комплекте с перчатками резиновыми;

- перчатками диэлектрическими;

- жилетом сигнальным;

- защитными очками.

4.5 Требования охраны труда, предъявляемые к дефектоскописту и организатору работ

Дефектоскопист должен:

- проводить подготовку к работе и ежедневное техническое обслуживание средств НК в соответствии с требованиями эксплуатационных документов по НК;

- перемещать дефектоскопы при помощи изолирующих ручек;

- соблюдать меры пожарной безопасности, обладать практическими навыками использования противопожарного оборудования и инвентаря, курить только в специально отведенных для этой цели местах, хранить керосин и легко воспламеняющиеся жидкости в емкостях с плотно закрывающимися крышками;

- применять резиновые и хлопчатобумажные перчатки для защиты рук от неблагоприятного воздействия контактного ультразвука в твердой и жидкой средах;

- надевать защитные очки при зачистке контролируемой детали шлифовальной машиной;

- выполнять требования запрещающих, предупреждающих, указательных и предписывающих знаков и надписей, а также сигналов, подаваемых крановщиком, водителем транспортных средств и работниками, занятыми ремонтными работами на территории ремонтного цеха.

Старшие мастера, мастер колесно-роликового участка обязаны:

- обеспечить организацию работ и рабочих мест в соответствии с требованиями правил, норм техники безопасности и производственной санитарии;

- обеспечить постоянное соответствие правилам, нормам техники безопасности и производственной санитарии, инструкциям по охране труда рабочих мест, проходов и проездов, исправность оборудования, приспособлений и инструмента, наличие и исправность ограждающих, экранирующих и блокировочных устройств на оборудовании и установках;

- осуществлять контроль за наличием, исправным состоянием и правильностью применения средств индивидуальной защиты;

- осуществлять контроль: за соблюдением дефектоскописта технологической дисциплины, правил внутреннего трудового распорядка, инструкций по охране труда;

- обеспечить наличие на рабочих участках инструкций по охране труда, знаков безопасности и их надлежащее состояние;

- своевременно и качественно проводить первичный, повторный, внеплановый и целевой инструктажи по охране труда и оформлять их в установленном порядке;

- при любом несчастном случае, происшедшем на производстве, организовать первую помощь пострадавшему, сообщить о происшедшем несчастном случае руководителю структурного подразделения и провести другие мероприятия, предусмотренные действующим положением о расследовании и учете несчастных случаев на производстве.

4.6 Расчет искусственного освещения колесного цеха

В связи с тем, что механическое оборудование имеет значительные габариты и вес дефектоскопную установку размещают в колесном цехе с целью более эффективного использования подъемно-транспортных средств. Поэтому расчет искусственного освещения рабочего места дефектоскописта определяем совместно с общим освещением колесного цеха.

Исходные данные для расчета:

-длина цеха А₁ = 11,6 м; А₂ =12,4 м;

- ширина цеха Б₁ = 12,0 м; Б₂ = 9,0 м;

- высота цеха h_p = 5,75 м;

- коэффициент отражающей способности стен 50%, потолка 70%;

- нормируемая освещенность E_H = 200 лк;

Наиболее распространён на практике расчёт по методу коэффициента использования светового потока.

Световой поток одной лампы можно определить по формуле:

(4.1)

где E_H- нормируемая освещенность, лк, принимается по СНИП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» в зависимости от характеристики , разряда и подразряда зрительной работы; S - освещаемая площадь, м²; К - коэффициент запаса, принимаемый по СНИП-II - 4 - 79 в пределах от 1,2 до 2,0; Z - коэффициент неравномерности освещения, принимают равным 1,1-1,2; N_св - число светильников, намечаемое ещё до расчёта, исходя из геометрических размеров помещения и условий равномерного светораспределения; n_л - число ламп в светильнике; u - коэффициент использования светового потока, принимается в зависимости от принятых коэффициентов отражения потолка, стен, пола производственного помещения и индекса помещения ( i ) для соответствующего типа светильника. Индекс помещения:

(4.2)

где S - площадь помещения, м²; А и В - стороны помещения, м; h_p - расчётная высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.

Расстояние от стен до первого ряда светильников принимают примерно Ѕ L при наличии у стен проходов и ¹/₃ L - в остальных случаях.

Расстояние L между соседними светильниками или между рядами светильников определяют L = v2 h_p при равномерном светораспределении.

Вычисленный по формуле расчётный световой поток лампы Ф_р сравнивают со стандартным и принимают ближайшее значение по таблицам.

Мощность осветительной установки :

Р_уст = Р· n_л (4.3)

где Р - мощность лампы, Вт; S - площадь помещения, м²; n_л - число ламп в осветительной установке.

Согласно СНИП 23-05-95 минимальная освещенность рабочего места должна быть не менее 200 лк.

С учетом того, что в цехе работает мостовой кран, высоту подвеса светильника принимаем равным 4,25 м.

Определяем индекс помещения по формуле (4.2) :

,

С учетом отражательной способности стен и потолка определяем коэффициент использования светового потока [ ] при использовании в цехе ламп ДРЛ и светильников Гс:

Определяем расстояние между светильниками по формуле:

Расстояние от стен до первого ряда светильников принимаем равным:

Определяем расстояние между крайними рядами светильников по длине и ширине помещения:

,

,

,

.

Определяем общее число светильников:

,

Округляем число светильников до целого числа. Общее число светильников 8 штук.

Определим расчетный световой поток по формуле (4.1):

По таблице выбираем стандартный тип лампы, имеющий близкий по значению световой поток: лампа ДРЛ400, мощностью 400 Вт, имеющая световой поток 23 клм. Определяем фактическую освещенность рабочего места:

(4.9)

Отклонение в сторону увеличения составляет:

,

что меньше допустимого отклонения в 20%

Определяем мощность осветительной установки:

Схема расположения светильников представлена на рис.4.1.

Рисунок 4.1 - Схема расположения светильников в колесном цехе

V. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ДЕФЕКТОСКОПНОЙ УСТАНОВКИ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ОСЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР

Экономическая эффективность мероприятий научно-технического прогресса (НТП) определяется сопоставлением получаемого экономического эффекта с затратами на осуществление этих мероприятий. Срок окупаемости затрат определяется по формуле:

, (5.1)

где К_ус - единовременные затраты на осуществление мероприятий НТП; Э_г - годовая прибыль от экономии эксплуатационных расходов.

Таким образом, срок окупаемости Т_ок есть период времени, в течении которого, дополнительные затраты по более дорогому варианту, окупаются за счёт экономии эксплуатационных затрат. При определении экономического эффекта необходимо учитывать влияние мероприятий НТП на окружающую среду и социальную сферу.

Далее приведен расчёт экономической эффективности внедрения дефектоскопной установки для магнитного контроля осей колесных пар для основного цеха ремонта электровозов электровозного депо, эксплуатируемый парк которого составляет 110 секций.

Исходные данные для расчетов:

- дефектоскопирование производится при выполнении ремонтных работ

в объёме ТР-3;

- годовая программа ремонта ТР-3 П=25 электровозов;

- стоимость дефектоскопной установки К_уст = 34400 тыс. сум.

- стоимость дефектоскопа УНМ- 300/2000 13330,0 тыс.сум.; МД-12 ПЭ,МД-12 ПС по 7654,0 тыс.сум.;

- стоимость магнитного порошка МИНК-070М за 1 кг 2236 сум.;

- стоимость масла трансформаторного ГОСТ 982-80 1553,16 сум. за 1 литр;

- время дефектоскопии одной колесной пары с применением средств неразрушающего контроля (МД-12ПС, МД-12ПЭ, УНМ- 300/2000) tд = 0,17 час; с применением установки t = 0,083 час.

Рассмотрим и сравним по экономическим показателям два варианта проведения работ по неразрушающему контролю колесной пары ЭПС:

- 1 вариант: с применением установки магнитного контроля осей колесных пар;

- 2 вариант: с применением необходимых дефектоскопов, выполняющих те же операции что и установка (контроль средней части и предподступичных частей оси, шеек, внутренних колец роликовых подшипников, напрессованных на шейки оси), включая приобретение намагничивающего устройства УНМ -300/2000.

А) годовая программа ремонта по циклу ТР-3 по обоим вариантам:

Мтр-3 = П · 2 · 4 = 25 · 2 · 4 =200 колесных пар

Затраты времени на дефектоскопию за год:

1 вариант: Т_д = М_тр-3 · t = 200 · 0,083 = 16,6 час;

...