способ идентификации подвижных единиц рельсового транспорта по типу подшипников

Формула изобретения

1. Способ идентификации подвижных единиц рельсового транспорта по типу подшипников в процессе их бесконтактного теплового контроля средствами инфракрасной техники, основанный на анализе уровней нагрева подшипников в каждой подвижной единице, отличающийся тем, что о наличии в подвижной единице цилиндрических или конических подшипников кассетного типа судят по сравнению с заданным пороговым значением Q_пор признака Q_cp - отношения средних значений избыточных температур нагрева подшипников (буксовых узлов), расположенных на четных осях dT_ср__чет к средним значениям избыточных температур нагрева подшипников (буксовых узлов), расположенных на нечетных осях dТ_ср __неч, при этом если признак Q_cp=dT _cp__чет/К*dT_cp__неч>Q _пор, то на подвижную единицу, как для конических подшипников, автоматически устанавливаются повышенные пороги регистрации перегрева букс, а если Q_cp=dТ_ср__чет/К*dТ _ср__неч<Q_пор, то на такую подвижную единицу, как для цилиндрических подшипников, устанавливаются неизменные или пониженные пороги регистрации перегрева букс с учетом того, что численные значения коэффициента К* выбираются из ряда 1.00, 1.05 1.15 и т.д. в зависимости от количества колесных пар в подвижных единицах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при вычислении средних значений dТ_ср__чет и dТ_ср__неч не учитываются максимальные значения температур нагрева подшипников (буксовых узлов), расположенных на четных и нечетных осях подвижных единиц, а в случае если значение отношения Q_cp=dТ_ср__чет/К*dТ _ср__неч<1, то для уточнения идентификации подвижных единиц по типу подшипника используются дополнительные признаки, а именно: количество Ni подшипников (буксовых узлов) в контролируемой подвижной единице, средние значения уровней нагрева от которых dT_cp.i превышает заданное пороговое значение dT_пор.i, при этом численные значения Ni выбираются из ряда 3, 4, 5, 6.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к методам и средствам бесконтактного теплового контроля ходовых частей подвижного состава с использованием приемников инфракрасного (ИК) излучения. Необходимость в идентификации подвижных единиц по типу подшипников вызвана различием в допускаемых уровнях рабочего и предельного нагрева цилиндрических и конических подшипников как грузовых, так и пассажирских вагонов, в том числе высокоскоростных электропоездов (Невский экспресс, Сапсан). Распознавание подвижных единиц по типу подшипников позволяет задавать различные пороговые уровни срабатывания тревожной сигнализации средств теплового контроля (СТК) и исключить грубые ошибки в оценке их технического состояния в процессе движения: необоснованные задержки поездов с рабочим нагревом конических подшипников или пропуски аварийных букс с цилиндрическими подшипниками.

Известны способы идентификации подвижных единиц по типу подшипника, например «подшипник трения скольжения» или «подшипник трения качения», основанные на анализе параметров тепловых сигналов от букс [1] или на сравнении с заданным пороговым значением суммы амплитуд тепловых сигналов от букс подвижной единицы [2]. Следует отметить, что к 1998 г. весь подвижной состав железных дорог России был переведен на цилиндрические подшипники трения качения, что сделало бессмысленным разделение подвижных единиц по типу подшипников. Но с 2003 г. на подвижном составе железных дорог России и СНГ наряду с цилиндрическими подшипниками трения качения стали использоваться конические подшипники кассетного типа - так называемые «картуши».

Недостатком первого из известных способов является использование совокупности нескольких параметров тепловых сигналов от букс (амплитуда, длительность, крутизна фронта) разнородного подвижного состава «локомотив - пассажирский вагон - МВС - грузовой вагон» с разной конструкцией тележек и корпусов букс, по каждому из которых необходимо было задавать соответствующие пороговые значения. Для стандартных корпусов букс с подшипниками трения качения последние два из трех перечисленных параметров тепловых сигналов не несут информации о типе подшипника (цилиндрический или конический).

Недостатком второго способа является неопределенность в установке порогов по сумме амплитуд, так как грузовые вагоны могут иметь от 8 до 32 букс. Ограничение количества суммируемых амплитуд тепловых сигналов от букс контролируемых подвижных единиц для идентификации их по типу подшипников дает дополнительный эффект только для 4-осных вагонов, когда сумма амплитуд тепловых сигналов, например, от 6 из 8 букс (т.е. за исключением максимально нагретых с каждой стороны вагона) позволяет исключить часть ошибок идентификации. Способ распознавания подвижных единиц по сумме амплитуд тепловых сигналов даже с ограничением количества анализируемых букс не эффективен для идентификации цилиндрических и конических подшипников качения с разными марками смазок, так как цилиндрические подшипники на смазке марки «Буксол» могут иметь температуры, даже выше, чем цилиндрические подшипники на смазке марки «ЛЗ ЦНИИу» или конические на смазке марки «Мобилит 100».

Целью предлагаемого изобретения является создание более надежного способа идентификации подвижных единиц по типу подшипника «цилиндрический-конический» для задания различных значений порогов тревожной сигнализации СТК.

Конические подшипники всех современных подвижных единиц (локомотивов, электропоездов, пассажирских и грузовых вагонов) в силу конструктивных особенностей имеют более высокие уровни рабочего нагрева в сравнении с цилиндрическими, но идентификация подвижных единиц только по признаку суммы амплитуд тепловых сигналов сопряжена с большой ошибкой из-за различных условий эксплуатации (план и профиль пути, степень загрузки вагона, скорость движения поезда и др.).

Основанием для заявленного технического решения является тот факт, что цилиндрические подшипники воспринимают аксиальные (горизонтальные) нагрузки торцами роликов и бортами колец, что приводит в эксплуатации к преимущественному нагреву подшипников (корпусов букс) на нечетных - направляющих осях тележек, которые при этом подвержены более интенсивному обдуву встречным воздухом. Конические подшипники воспринимают аксиальные нагрузки не только торцами роликов и бортами колец, но и образующими роликов с поверхностями качения колец. По этой причине у подвижных единиц с коническими подшипниками преобладает нагрев подшипников (корпусов букс) на четных осях, так как в этом случае основным фактором, влияющим на их нагрев, является интенсивность обдува встречным воздухом. По данным стендовых и эксплуатационных испытаний, а также по статистическим признакам уровней нагрева подвижных единиц с разнотипными подшипниками у подавляющего числа подвижных единиц с цилиндрическими подшипниками преимущественно имеют повышенный нагрев подшипники (корпуса букс) на нечетных - направляющих осях, а у подвижных единиц с коническими подшипниками - на четных осях, так как из-за конструктивных особенностей тележек в процессе движения они менее подвержены в сравнении с подшипниками на нечетных осях интенсивному обдуву встречным воздухом.

Сущность заявленного в качестве предмета изобретения способа идентификации подвижных единиц по типу подшипника в процессе их теплового контроля средствами инфракрасной ИК-техники заключается в том, что о наличии в подвижной единице цилиндрических или конических подшипников кассетного типа судят по сравнению с заданным пороговым значением Q_пор признака Q_cp - отношения средних значений избыточных температур нагрева подшипников (буксовых узлов), расположенных на четных осях dТ_ср-чет к средним значениям избыточных температур нагрева подшипников (буксовых узлов), расположенных на нечетных осях (1Т_српеч, при этом, если признак Q_cp=dT_cp-чет/К*dT_cp-неч>Q _пор, то на подвижную единицу, как для конических подшипников, автоматически устанавливаются повышенные пороги регистрации перегрева букс, а если Q_cp=dТ_чет/К*dТ_неч <Q_пор, то на такую подвижную единицу, как для цилиндрических подшипников, устанавливаются неизменные или пониженные пороги регистрации перегрева букс. При вычислении средних значений dT _cp-чет и dT_cp-неч не учитываются максимальные значения температур нагрева подшипников (буксовых узлов), расположенных на четных и нечетных осях подвижных единиц, а в случае, если значение отношения Q_cp=dT_cp-чет/К*dT _cp-неч<1, то для уточнения идентификации подвижных единиц по типу подшипника используются дополнительные признаки, а именно: количество Ni подшипников (буксовых узлов) в контролируемой подвижной единице, средние значения уровней нагрева от которых dT_cp.i превышают заданное пороговое значение dT_пор.i.

Численные значения коэффициента К* выбираются из ряда 1.00, 1.05 1.15 и т.д., а численные значения Ni выбираются из ряда 3, 4, 5, 6, в зависимости от количества колесных пар в подвижных единицах, а пороговые значения dT_пор.i - выбираются по данным статистической обработки уровней нагрева подшипников с учетом местных условий (план и профиль пути, груженое или порожнее направление движения и доли вагонов в рабочем парке вагонов железной дороги с коническими подшипниками кассетного типа).

Заявленный способ позволяет более достоверно идентифицировать тип современных подшипников трения качения (цилиндрические или конические) для введения автоматической коррекции порогов срабатывания средств теплового контроля в сторону понижения на цилиндрические или в сторону повышения на конические разнородного подвижного состава: локомотивы, электропоезда, пассажирские или грузовые вагоны независимо от марок используемых подшипниковых смазок. По данным анализа уровней нагрева разнотипных подшипников в грузовых вагонах Западно-Сибирской ж.д. использование заявленного способа позволяет идентифицировать тип подшипников с достоверностью от 86 до 100% в зависимости от расстояния безостановочного пробега вагонов в составе поезда или после 60-90 минут безостановочного пробега вагонов в составах пассажирских иди грузовых поездов, исключая при этом ошибки СТК в оценке технического состояния подшипниковых узлов в процессе движения. Заявленный способ применим для СТК с различной ориентацией ИК-оптики на подшипниковые (буксовые) узлы разнородных подвижных единиц - на крышки корпусов букс (кассет) или непосредственно на корпуса букс (наружные обоймы кассет).

Сравнительный анализ статистик тепловых сигналов СТК от буксовых узлов разнородного подвижного состава с цилиндрическими и коническими подшипниками кассетного типа показал, что средние значения температур рабочего нагрева конических подшипников выше, чем цилиндрических в 1.5-1.8 раза. Также имеется существенное различие в средних уровнях (температурах) рабочего нагрева разнотипных подшипников на четных и нечетных осях подвижных единиц. У вагонов на конических подшипниках отношение Qкон=dТчет/dТнеч>1 (как правило, Qкон>1,15), а у вагонов с цилиндрическими подшипниками наоборот: уровни (температуры) нагрева на четных осях ниже, чем на нечетных Qцил=dТчет/dТнеч<1 (как правило, Qцил<1,15). Это объясняется тем, что цилиндрические подшипники не достаточно приспособлены к восприятию аксиальных (осевых) нагрузок. У этих подшипников аксиальные нагрузки воспринимаются торцами роликов и бортами колец, что и приводит к их повышенному нагреву за счет работы сил трения скольжения. Особенно подвержены нагреву цилиндрические подшипники на направляющих (нечетных) осях тележек подвижных единиц. Конические подшипники воспринимают аксиальные нагрузки всеми поверхностями роликов и колец. При более высоких средних значениях температур нагрева конических подшипников в сравнении с цилиндрическими существенные различия в уровнях нагрева конических подшипников на четных и нечетных осях при движении подвижных единиц обусловлены лишь разной интенсивностью их обдува встречным воздухом. Подшипники на нечетных осях обдуваются сильнее, чем более защищенные конструкцией тележек подшипники на четных осях.

Распознавание подвижных единиц по типу подшипников позволяет в СТК автоматически устанавливать для вагонов и локомотивов с коническими подшипниками более высокие уровни тревожной сигнализации, исключая тем самым необоснованные задержки поездов, и задавать пониженные пороги тревожной сигнализации для подвижных единиц с цилиндрическими подшипниками, чтобы произвести их профилактический осмотр для оценки возможности дальнейшей эксплуатации. Использование заявленного способа по совокупности двух перечисленных признаков (Qi и Ni): наличие в подвижной единице букс, у которых отношение средних уровней нагрева подшипников Q_cp на четных осях к средним уровням нагрева подшипников на нечетных осях более 1.0 и определенного количества Ni букс с уровнями нагрева выше заданного среднего значения позволяет повысить достоверность идентификации подвижных единиц с коническими подшипниками в стандартных корпусах букс до 94.1% и выше, а конических подшипников кассетного типа под адаптером до 100% вместо 35,5%-76,2% при использовании только одного из признаков идентификации Ni.

Список использованных источников

1. Способ распознавания типа буксы колесной пары вагона при движении поезда. Трестман Е.Е., Лозинский СИ. Авт. св. СССР, кл. B61K 9/06, № 498196, заявл. 04.12.73, опубл. 18.03.76.

2. Селектор букс по типу подшипника подвижного состава. Лозинский С.Н., Трестман Е.Е., Алексеев А.Г. Авт св. СССР, кл. B61K 9/04, № 749719, заявл. 31.05.74, опубл. 23.07.80.