способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена

Классы МПК:B61K9/04 устройства для обнаружения и индикации перегрева осевых подшипников и тп, например комбинированные с тормозными системами с целью торможения в случае обнаружения повреждения 
F16C19/52 с устройствами, чувствительными к возникновению ненормальных или нежелательных условий 
G01M13/04 испытание подшипников 
Патентообладатель(и):Потапенко Владимир Семенович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-10-07
публикация патента:

Изобретение относится к машиностроению и подшипниковой промышленности и может быть использовано для диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта, вагонов метрополитена или вагонов городского рельсового транспорта. Датчики (преобразователи) акустической эмиссии не менее двух устанавливают на любую поверхность правого и левого рельса, кроме поверхности головки рельса по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути. Во время прохождения подвижного состава в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц для контроля износа подшипника определяют с частотой выборки от 50 мкс до 0,1 мкс значение выброса максимальных амплитуд сигналов эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени. Определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов эмиссии и интервал времени между выбросами за время не менее одного оборота подшипника, и рассчитывают размер дефекта в мм вдоль беговой дорожки по заданной формуле. Местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой измеренного значения интервала времени между максимальными сигналами эмиссии с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов эмиссии. Каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов эмиссии соответствует виду дефекта. О состоянии подшипника судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта такого типа исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника. Технический результат: повышение скорости контроля и измерение размеров дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа и (или) эксплуатации в подшипнике буксы, и определение местоположения дефекта в подшипнике без останова подвижного состава. 1 ил.

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150

Формула изобретения

Способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена, заключающийся в измерении сигналов акустической эмиссии вращающегося подшипника, отличающийся тем, что датчики (преобразователи) акустической эмиссии не менее двух устанавливают не на корпус буксы вагона или локомотива, а на любую поверхность правого и левого рельс, кроме поверхности головки рельса пути, по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути, и во время прохождения подвижного состава в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные последовательные промежутки времени определяют с частотой выборки от 50 мкс до 0,1 мкс значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени (способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ), определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота подшипника, и рассчитывают размер дефекта вдоль беговой дорожки по формуле

P=способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ·D·n·способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 t,

где Р - размер дефекта, мм;

n - число оборотов в секунду,

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 t - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой следующих один за другим неразрывно по времени, с;

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 =3,14;

D - диаметр внутреннего или наружного кольца подшипника до поверхности беговой дорожки, мм;

а местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой измеренного значения интервала времени между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии Тинт. с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии Тинт. , при этом значение Тинт. измеренного должно совпадать с одним из расчетных значений Тинт., каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии (Тинт.) соответствует виду дефекта:

дефекту наружного кольца при

T инт.=1/(0,5·zn·[1-d/Dy·cosспособ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ]), с;

дефекту внутреннего кольца при

T инт.=1/(0,5·zn·[1+d/Dycosспособ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ]), с;

дефекту тела вращения

Tинт. =1/(nDy/d·[1-(d/Dy)2cos 2·способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ]), c,

где Тинт. - интервал времени между выбросами амплитуды;

z - число шариков (тел качения);

Dy - диаметр окружности, проходящей через центры шариков (тел качения), мм;

d - диаметр шарика (тела качения);

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 - угол контакта тел качения,

n - число оборотов буксового подшипника в секунду;

причем о состоянии буксового подшипника судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта такого типа, исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано для диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта (вагонов и локомотивов) и вагонов метрополитена, и вагонов городского рельсового транспорта (трамваев) для оперативного контроля износа подшипников по состоянию.

Известен способ диагностики подшипников качения роторной системы, заключающийся в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на корпусе вращающегося подшипника, патент № 2239809. Недостатком данного способа диагностики является длительное время подготовки буксового узла колесной пары вагона или локомотива к диагностике. Это обусловлено тем, что вагон необходимо отцепить от состава, направить в ремонтное депо, произвести ремонтные работы по выкатке подлежащей диагностике колесной пары, установить колесную пару на динамический стенд, произвести диагностику, а затем снова произвести монтаж колесной пары под вагон и направить его в эксплуатацию. Время на производство перечисленных работ составляет в среднем 8 часов.

Указанный недостаток снижает применение этого способа для диагностики подшипников букс на железнодорожном транспорте и вагонов метрополитена.

Цель изобретения - повышение скорости диагностики подшипников буксовых узлов вагонов и локомотивов железнодорожного транспорта и букс вагонов метрополитена, и измерение размеров дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа и (или) эксплуатации в подшипнике, и определение местоположения дефекта в подшипнике без останова подвижного состава.

Сущность способа заключается в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на правом и левом рельсе железнодорожного пути во время прохождения подвижного состава в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные, последовательные промежутки времени.

Данный способ диагностики подшипников отличается от способа диагностики подшипников (патент № 2239809) тем, что с целью повышения скорости диагностики подшипников букс датчики (преобразователи) устанавливают на любую поверхность правового и левого рельса, кроме поверхности головки рельса железнодорожного пути по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути, и во время прохождения подвижного состава определяют для контроля износа буксового подшипника с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени (способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ), определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота подшипника. Причинами, которые способствует значительному увеличению амплитуды сигналов акустической эмиссии вращающегося подшипника, являются удары и микроудары от перекатывания дефектных поверхностей тел качения, на которых имеются раковины, сколы, шелушения по поверхности беговых дорожек подшипника, или от ударов и микроударов при перекатывании тел качения по беговым дорожкам подшипника, на которых имеются сколы, раковины, трещины и шелушение.

Размер дефекта, т.е. разрушение вдоль беговой дорожки в мм определяют по формуле

P=способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ·Dnспособ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 t,

где Р - размер дефекта в мм;

n - число оборотов в с;

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 t - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой, следующих один за другим неразрывно по времени в с;

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 =3,14;

D - диаметр внутреннего или наружного кольца подшипника до поверхности беговой дорожки в мм.

Местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой (измеренного) значения интервала времени между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии Т инт. с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии Тинт., при этом значение Тинт. измеренного должно совпадать с одним из расчетных значений Тинт.

Каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии (Тинт.) соответствует виду дефекта:

- дефекту наружного кольца,

- дефекту внутреннего кольца,

- дефекту тел вращения.

Дефект наружного кольца при Tинт.=1/(0,5·zn·[1-d/Dy·cosспособ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ])с.

Дефект внутреннего кольца при T инт.=1/(0,5·zn·[1+d/Dy·cosспособ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ])с.

Дефект тела вращения Tинт. =1/(nDy/d·[1-(d/Dy)2·cos2·способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ])с,

где Тинт. - интервал времени между выбросами амплитуды,

z - число шариков (тел качения),

Dy - диаметр окружности, проходящей через центры шариков (тел качения), мм,

d - диаметр шарика (тела качения),

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 - угол контакта тел качения (указывается в каталоге),

n - число оборотов в с.

О состоянии подшипника буксового узла судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта такого типа, исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника.

Пример.

На нерабочей стороне правого и левого рельса железнодорожного пути установлены два датчика (преобразователя акустической эмиссии), соединенные с электронным устройством диагностики. Электронное устройство диагностики соединено с персональным компьютером, а персональный компьютер подключен к компьютерной сети отделения железной дороги. При приближении со скоростью 60 км в час грузового состава, состоящего из 60 полувагонов (длина полувагона 14 м), к устройству диагностики по сети передается команда в ПК на включение устройства диагностики и вводится нумерация состава и номера полувагонов.

Производится диагностирование при скорости прохождения состава 60 км в час 480 буксовых узлов полувагонов за время 50 секунд.

Время на диагностирование одного буксового узла составляет

50 с: 480 буксовых узлов 0,1 с.

Электронное устройство работает на основании способа диагностики, описанного выше.

В результате диагностики на правой буксе первой колесной пары седьмого полувагона обнаружен подшипник с недопустимо высокими сигналами акустической эмиссии.

Технические характеристики буксового подшипника 30 232726.

Диаметр внутреннего кольца подшипника до поверхности беговой дорожки в мм Dв 158.

Диаметр окружности, проходящей через центры роликов в мм Dy 190.

Диаметр ролика в мм d 32.

Число роликов в подшипнике z 14.

Угол контакта тела вращения указывается в каталоге. Для роликового подшипника cosспособ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 =1.

Число оборотов в секунду буксового подшипника при скорости состава 60 км/час или 16,6 м/с и диаметре колеса вагона 0,95 м составляет 5,6 об/с, n=5,6 об/с.

С помощью переносного электронного устройства измерены следующие параметры:

Тинт. - интервал времени между максимальными, неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии в с, см. схему в конце описания.

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 t - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой следующих один за другим неразрывно по времени в с, см. схему в конце описания.

При диагностировании получены данные Тинт.=0,0218 с,

способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 t=0,000765 с.

Сначала определяются месторасположения дефекта по формулам:

Дефект тела вращения.

Tинт.=1/(n·Dy/d·[1-(d/Dy) 2·cos2способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ])с=1/5,6·190/32[1-(32/190)2·1 2])=0,031 с.

Дефект наружного кольца.

Tинт.=1/(0,5·z·n·[1-d/Dy·cosспособ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ])=1/(0,5·14·5,6·[1-32/190·1])=0,030 с.

Дефект внутреннего кольца.

T инт.=1/(0,5·z·n.[1+d/Dy·cosспособ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ])=1/(0,5·14.5,6·[1+32/190·1])=0,0218 с.

Следовательно, измеренное значение интервала времени между выбросами амплитуды Тинт.=0,0218 с совпадает с расчетным значением Тинт. при дефекте внутреннего кольца.

Затем определяется размер дефекта по формуле

Р=способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 ·Dв·n·способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава   железнодорожного транспорта и метрополитена, патент № 2411150 t=3,14·158·5,6·0,000765 с=2,12 мм.

Следовательно, разрушение (выкрашивание) беговой дорожки внутреннего кольца подшипника составляет 2,12 мм.

После производства второго и последующего измерения можно с помощью предложенного способа диагностики контролировать и скорость развития дефекта подшипников качения.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2411150

patent-2411150.pdf

Класс B61K9/04 устройства для обнаружения и индикации перегрева осевых подшипников и тп, например комбинированные с тормозными системами с целью торможения в случае обнаружения повреждения 

устройство для контроля температуры нагрева подшипников осей вагона -  патент 2477237 (10.03.2013)
устройство контроля параметров механического и электрического оборудования железнодорожного вагона -  патент 2474506 (10.02.2013)
способ контроля теплового состояния буксы грузового железнодорожного вагона -  патент 2474504 (10.02.2013)
устройство для крепления к вращающейся части вагонной оси -  патент 2472130 (10.01.2013)
моделирующий стенд дефектов буксового узла колесной пары -  патент 2421358 (20.06.2011)
датчик системы беспроводного контроля нагрева букс -  патент 2413644 (10.03.2011)
акустический детектор дефектов подшипников -  патент 2395421 (27.07.2010)
устройство для мониторинга состояния букс колесных пар вагонов движущегося поезда -  патент 2384444 (20.03.2010)
устройство для мониторинга состояния букс колесных пар вагонов движущегося поезда -  патент 2381935 (20.02.2010)
устройство повышения качества контроля подвижного состава -  патент 2373093 (20.11.2009)

Класс F16C19/52 с устройствами, чувствительными к возникновению ненормальных или нежелательных условий 

Класс G01M13/04 испытание подшипников 

система и способ для определения состояния подшипника -  патент 2529644 (27.09.2014)
способ обнаружения структурного дефекта в механическом узле, содержащем вращающийся элемент -  патент 2527673 (10.09.2014)
модуль подшипника с сенсорным устройством -  патент 2526319 (20.08.2014)
способ безразборной диагностики степени износа коренных подшипников двигателя внутреннего сгорания -  патент 2517968 (10.06.2014)
беспроводная система измерения температуры опорных и упорных подшипников скольжения -  патент 2516918 (20.05.2014)
способ вибродиагностики механизмов по характеристической функции вибрации -  патент 2514119 (27.04.2014)
способ и система контроля вибрационных явлений, появляющихся в газотурбинном двигателе летательного аппарата во время работы -  патент 2512610 (10.04.2014)
устройство для определения технического состояния подшипниковых узлов погружных электродвигателей -  патент 2510655 (10.04.2014)
машина и устройство для контролирования состояния предохранительного подшипника машины -  патент 2504701 (20.01.2014)
способ входного контроля подшипников -  патент 2495393 (10.10.2013)
Наверх