Надежность и диагностика локомотивов

Специалисты диагностического центра «ООО ВАСТ - сервис», входящего в Ассоциацию ВАСТ, в  качестве эксперимента в 2008 году взяли  на себя все работы по диагностике  локомотивов Северной дороги и выполняют  ее в 12-ти депо, находящихся в разных городах России. В центре работают 35 специалистов по диагностике с  разной глубиной подготовки, которые  проводят весь цикл работ по вибрационной диагностике КМБ до 1500 локомотивов, ставя ежегодно до 300000 диагнозов. Если в первый год по результатам диагностики  приходилось заменять до 30 подшипников  в месяц, то в последний год  их число существенно снизилось. Такое снижение происходит вследствие системного проведения работ по диагностике  КМБ как после ремонта, проводящего  к значительному снижению количества дефектов монтажа подшипниковых  узлов, так и в процессе эксплуатации. В результате из эксплуатации постепенно выводятся подшипники со сниженным  остаточным ресурсом, в которые ранее  были внесены перегружающие подшипники дефекты изготовления и сборки. В  то же время количество подшипников, в которых возникают и развиваются  до опасных величин дефекты эксплуатации, достаточно стабильно и составляет величину около 0,5% в год,

При выполнении основных требований к организации  работ по диагностике КМБ и  КРБ, постоянном повышении квалификации специалистов по диагностике и привлечении  внешних экспертов для анализа  спорных случаев вероятность  ошибочных диагнозов может быть очень низкой. Так, за последний год  диагностический центр Северной железной дороги, постоянно контролируя  состояние около 50000 подшипниковых  узлов ходовой части локомотивов, забраковал более 250 подшипников, из которых  по действующим на железной дороге нормам мог продолжать эксплуатироваться  только один. Кроме того были ошибочно допущены к эксплуатации 2 подшипниковых  узла с сильными дефектами, которые  из-за их быстрого развития привели  к отказу КМБ до истечения прогнозируемого  срока безаварийной эксплуатации, составляющего  около 25 тыс.км. пробега.

4. Перспективы развития  систем функциональной диагностики  подвижного состава

Во многих отраслях промышленности и транспорта для контроля состояния оборудования в период проведения ремонтов и периодических  испытаний эффективно используется широкая номенклатура методов и  средств неразрушающего контроля. Между  ремонтами и испытаниями оборудования для мониторинга и диагностики  используются функциональные методы мониторинга  состояния и диагностики, не предполагающие вывода оборудования из работы и, тем  более, его разборки. Эти же методы эффективно используются и во время  обслуживания и наладки оборудования.

Современные методы мониторинга состояния и  функциональной диагностики машин  и оборудования основываются на измерении  рабочих и вторичных процессов, протекающих в оборудовании. Глубокая диагностика чаще всего использует методы и средства измерения и  анализа вибрации, температуры, тока приводных электродвигателей, смазки узлов трения, а также акустической эмиссии статически нагруженного оборудования. Производимые для этой цели системы  диагностики в переносном и стационарном исполнении могут использоваться и  для контроля и прогноза состояния  оборудования подвижного состава.

В ОАО  «РЖД» переносные средства функциональной диагностики чаще всего используются при проведении работ по обслуживанию и наладке подвижного состава  в депо. Основные проблемы такой  диагностики связаны с обеспечением необходимых режимов работы объектов диагностики. Именно по этой причине  для диагностики ходовой части  подвижного состава используются преимущественно  вибрационные методы диагностики, в  большинстве случаев не требующие  организации номинальных нагрузок на оборудование, а внедрение методов  диагностики по току двигателя и  тепловизионной диагностики существенно задерживается. Однако работы по поиску оптимальных путей их внедрения в процессы обслуживания и ремонта ведутся весьма активно, и все перечисленные методы включены в состав базовых методов диагностики, объединяемых разрабатываемой Ассоциацией ВАСТ корпоративной системой диагностики, которую планируется освоить и на Северной ЖД. В частности, прорабатываются возможности организации работ по токовой диагностике тяговых электродвигателей параллельно работам по вибрационной диагностике их подшипниковых узлов. Прорабатываются также вопросы тепловизионной диагностики при испытании оборудования локомотивов в режимах кратковременной нагрузки, а также при проведении реостатных испытаний тепловозов.

Особо следует выделить вопросы  мониторинга состояния оборудования ходовой части вагонов между ее ремонтами и периодическими неразрушающими испытаниями. Это вызвано тем, что не всех заинтересованных специалистов дорог устраивает сложившаяся ситуация обнаружения предаварийного состояния подшипников колесных пар по тепловому излучению букс на ходу поезда, измеряемому внешними средствами контроля. Поставлена задача периодического контроля состояния подшипниковых узлов по другим процессам, например по вибрации. Для этого была сделана попытка выполнять диагностику буксовых подшипников на стендах обкатки тележек вагонов с внешним роликовым приводом для вращения колесных пар. На этом стенде в полной мере выявились проблемы диагностики буксовых подшипников на катковых стендах, основными из которых являются влияние некруглости контактной поверхности колесной пары и некруглости приводных роликов на вибродиагностические признаки дефектов подшипников. Кроме того, потребовалось применить специальные меры по поддержанию разных частот вращения двух колесных пар в одной тележке и по корректировке диагностической программы для учета не только некруглости контактных поверхностей, но и взаимовлияния вибрации двух колесных пар тележки, имеющих фиксированную разность частот вращения. На рис.10 и рис.11 приведены спектры вибрации и спектры огибающей вибрации букс колесной пары при ее вращении в составе тележки на роликовом стенде, где четко проявились указанные проблемы. Так, на рис.10 явно прослеживается влияние приводных роликов на вибрацию колесной пары (вибрация на частоте вращения приводных роликов модулирована частотами вращения колесной пары), а на рис.11 – влияние другой колесной пары на вибрацию диагностируемой пары (вибрация на частотах вращения приводных роликов модулирована частотами вращения 1-ой и 2-ой колесной пары).

Рис.10. Спектры  вибрации букс колесной пары при ее вращении в составе тележки на роликовом стенде. Здесь fоси1 – частота  вращения 1-ой колесной пары, fпр1 – частота  вращения приводных роликов 1-ой колесной пары

Рис.11. Спектры  огибающей случайной высокочастотной  вибрации букс колесной пары при ее вращении в составе тележки на роликовом стенде. Здесь fоси₁, fоси₂ – соответственно, частоты вращения 1-ой и 2-ой колесной пары,

fпр₁ – частота вращения приводных роликов 1-ой колесной пары

Вибрационную диагностику  буксовых подшипников колесных пар  можно проводить и с извлечением  колесной пары из-под вагона, на стендах, обеспечивающих их вращение в условиях депо. Диагностировать колесную пару на таком стенде лучше всего в  режиме свободного выбега. Использовать для такой цели можно средства диагностики, выпущенные для стендов  входного контроля подшипников тяговых  электродвигателей колесных пар. Общий  вид такого стенда с аппаратурой  управления и диагностики приведен на рис. 12.

Рис.12. Стенд входного контроля подшипников тяговых электродвигателей  колесных пар

Кроме технических  проблем, которые можно решить в  короткие сроки, существует ряд организационных  проблем, в том числе оценка экономической  эффективности подобных мер по диагностике  колесных пар вагонов, после решения которых можно приступать к разработке стендов для диагностики колесных пар в составе вагона.

Применять переносные средства диагностики машин  и оборудования на ходу локомотива крайне сложно. Поэтому для диагностики  на ходу локомотива, как кузовного  оборудования, так и оборудования ходовой части, необходимо использовать бортовые системы сбора информации (или диагностики), и, преимущественно, в том случае, если результаты периодической  диагностики и долгосрочного  прогноза состояния этого оборудования в условиях депо не обеспечивают требуемого результата.

В простейшем случае для диагностики и прогноза состояния ответственного кузовного  оборудования можно применять недорогие  стационарные устройства сбора информации с ее периодическим съемом и проведением  диагностики специалистами базовых  депо. Для этого необходимо разработать  методологические основы такой диагностики  и требования к устройствам сбора  информации. При необходимости эти  же устройства могут решать вопросы  простейшей обработки поступающей  информации в реальном времени для  формирования сигналов аварийной сигнализации, а более сложная обработка  записанных сигналов с выдачей диагноза и прогноза может проводиться  позднее силами специалистов служб  диагностики.

Работа в этом направлении  уже проводится, ведется и разработка простейших бортовых устройств сбора информации. Такие системы смогут постоянно контролировать несколько параметров рабочих и вторичных процессов в оборудовании локомотивов, в том числе тепловых, электрических и вибрационных, периодически записывая первичные сигналы в память устройства. Что касается бортовой системы контроля состояния и диагностики узлов ходовой части подвижного состава по вибрации, то до ее разработки необходимо решить все технические проблемы диагностики в условиях действия ходовых помех.

Выводы

Полученный  за последние годы Ассоциацией ВАСТ опыт вибрационной диагностики оборудования локомотивов позволяет сделать  следующие выводы:

1. Эффективность  проводимой в условиях депо  вибрационной диагностики подшипников  ходовой части локомотивов может  быть доведена до показателей,  необходимых для обеспечения  безопасности движения, при решении  следующих вопросов:

· внедрение полученных решений по адаптации используемых автоматизированных диагностических комплексов к ходовой части всех типов локомотивов,

· внедрение корпоративных систем диагностики, позволяющих удаленным экспертам в реальном времени участвовать в уточнении отдельных автоматически поставленных диагнозов и прогнозов состояния объектов контроля,

· подготовка и постоянное повышение квалификации операторов и экспертов по диагностике оборудования локомотивов.

2. Для  внедрения функциональной диагностики  кузовного оборудования локомотивов,  проводимой в условиях депо, необходимо  решить организационные вопросы  обеспечения требуемых режимов  работы оборудования и оснастить  диагностические службы депо  адаптированными к диагностике  кузовного оборудования средствами  вибрационной, токовой и тепловизионной диагностики.

3. Для  использования функциональной диагностики  буксовых узлов колесных пар  вагонов в стендовых условиях  необходимо провести разработку  таких стендов с минимальным  влиянием функционирования собственно  стенда на используемые диагностические  признаки дефектов буксовых узлов  колесных пар. 

4. Внедрение  бортовых систем диагностики  оборудования подвижного состава  лучше всего начинать с выборочного  использования автономных систем  сбора диагностической информации  с периодическим съемом информации  службами диагностики. Для систем  сбора информации с кузовного  оборудования локомотивов в такую  систему желательно включать  каналы измерения вибрации, тока, частоты вращения и температуры. 

5. Необходимо  определиться с возможностями  контроля состояния и диагностики  ходовой части локомотивов и  моторных вагонов по ее вибрации  и току тяговых электродвигателей  в процессе движения, при наличии  ходовых помех. 

 

Примечания:

При проведении ТР-2 (текущий ремонт второго объема) вскрываются крышки буксовых подшипников, производится внешний  осмотр, закладывается свежая смазка. В моторно-якорные подшипники добавляется 30-80 грамм свежей смазки, подшипниковые  щиты не снимаются.

При проведении ТР-3 (текущий ремонт третьего объема) подшипникам качения  КМБ проводится ревизия второго  объема. Подшипники снимаются, осматриваются, проводится дефектоскопия внутреннего  кольца подшипника без снятия с посадочного  места.

При проведении КР (капитального ремонта) должны устанавливаться новые подшипники, в том числе и внутренние кольца, посадочные места под внутренние кольца восстанавливаются, проводится дефектоскопия.