Анализ отказов подшипниковых узлов ТЭД при применении акустико-эмиссионной диагностики

Другие негативные факторы – широкий диапазон скоростей вращения (до 700 об/мин), постоянно изменяющееся состояние окружающей среды.

В таких условиях работы подшипниковые узлы должны сохранять свои эксплуатационные параметры и свойства.

В связи с этим возникает необходимость систематического контроля технического состояния подшипниковых узлов. Однако периодические вскрытия узлов для осмотра, выкатка блоков и машин для ревизии вызывают рост трудоёмкости и стоимости ремонта, увеличивают время простоя локомотива, снижая его производительность. Таким образом, контролировать техническое состояние элементов подшипникового узла целесообразно без демонтажа, используя безразборную диагностику.

Для контроля состояния подшипниковых узлов при проведении плановых видов ТО и ТР с 1995 годаприменяются следующие методы.

Акустический метод, суть которого заключается в оценке интенсивности звукового давления (dB), генерируемого диагностируемым узлом в процессе его работы.

Диагностика по общему уровню вибрации, основанная на непосредственном измерении параметров вибросмещения, виброскорости или виброускорения исследуемого узла.

Диагностика по спектрам вибросигналов, построенная на анализе спектральных

составляющих вибросигнала диагностируемого узла.

Диагностика по спектрам огибающих, в основу которой положен спектральный анализ огибающей вибропараметров диагностируемого узла.

Метод ударных импульсов (“пик-фактор”), при котором выполняется анализ взаимного обобщённого количественного соотношения двух характерных величин: среднего уровня вибрации – фон и максимального значения – “пика” ударного виброускорения вынужденной высокочастотной вибрации на частотах 30...32 кГц.

Метод акустической эмиссии, основанный на регистрации и анализе акустических сигналов ультразвукового диапазона, сопровождающих зарождение и развитие микро- и макродефектов контролируемого объекта при его работе. Данный метод и рассмотрим более подробно. Акустико-эмиссионная диагностика начала активно развиваться в конце 80-х годов прошлого века. В последние десятилетия она нашла широкое применение в промышленности благодаря значительному прогрессу в электронной и вычислительной технике, а также в области фундаментальных исследований физики и теории упругости.

Зарождение и развитие трещин, пластическая деформация, коррозионное растрескивание, фазовые превращения и другие процессы динамической перестройки структуры материала сопровождаются излучением акустических (ультразвуковых) сигналов акустической эмиссии. Регистрация сигналов акустической эмиссии, определение параметров и координат их источников позволяет на ранних стадиях структурных изменений идентифицировать дефекты материала, контролировать скорость их развития. При этом оценивается степень опасности дефектов, прогнозируется остаточный ресурс работы материала и конструкции в целом.

Для диагностики подшипниковых узлов методом акустической эмиссии создан прибор ИРП-12. его работа основана на принципе интегральной оценки энергетической составляющей акустико-эмиссионных шумов в диапазоне частот 20 – 300 кГц, которые генерируют подшипниковые узлы в процессе эксплуатации. Сигнал, характеризующий состояние узла, снимается с наружной поверхности корпуса подшипника широкополосным пьезокерамическим датчиком (прижатым к поверхности вручную или при помощи магнитного крепления усилием 50 – 60 Н).

Затем сигнал выводится на дисплей прибора в обобщённых единицах-баллах, которые зависят от составляющих:

, где    D  –  показания диагностического прибора;

С_k  – постоянная, зависящая от точки приложения датчика и конструктивных особенностей диагностируемого узла (учитывает характер крепления подшипниковых щитов и корпусов, тип посадки подшипника в корпус, возможное место постановки датчика);

f(n) –  функциональная зависимость частоты вращения узла в момент выполнения диагностики;

f(d)  –  функциональная зависимость параметров диагностируемого подшипникового узла (учитывает тип подшипника, наружные и внутренние диаметры колец, число, диаметр, угол контакта тел качения, тип и геометрические параметры сепаратора);

f(p)  –  функциональная зависимость влияния дополнительных устройств, установленных на подшипниковых узлах, на диагностику (учитывает возможное влияние на показания диагностического прибора приводов скоростемеров и осевых датчиков, коллекторов тяговых двигателей);

f(sm) – функциональная зависимость применяемой смазочной композиции диагностируемого узла n (учитывает тип применяемой смазки);

f(Q_н/Q_q)  – функция отношения номинальной Q_н (расчётной) нагрузки узла к фактической Q_q  на момент диагностики (учитывает изменение условий работы подшипникового узла при вывешивании локомотива для выполнения диагностики).

Состояние узла определяется сравнением фактического показания диагностического прибора с нормативными картами оценки зон технического состояния, разработанными для каждого подшипникового узла с учётом приведённых составляющих.

Диагностика выполняется при плановых видах технического обслуживания ТО-3, текущих ремонтах ТР.

За период применения данной технологии (октябрь 2000 г. – май 2003 г.) проведена диагностика 1880 локомотивов. При этом обнаружено 205 дефектов подшипниковых узлов различного характера (ложно выявлено – 4, произошло отказов в эксплуатации – 4). Распределение обнаруженных дефектов представлено в виде диаграмм в графической части проекта.

Из диаграммы на рисунке А можно видеть структуру и распределение