RU2716374C1 - Method of calibrating a diagnostic system for assessing technical condition of rolling stock - Google Patents

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: invention relates to diagnostics of rail vehicles and can be used for scientific purposes when investigating dynamic properties of running gears of cars and locomotives. According to the method of calibrating a diagnostic system on the surface of rolling of one or two wheels 2 in a wheel pair of a car bogie one or several pads 3 are welded, which when the car moves along rails 1 cause a sharp rise of the wheel axis, as a result of which an oscillatory process is created. Parameters of oscillations are measured by means of vibration sensors and are used for evaluation and calculation of loads on wheel. Based on the obtained results, a database is created for calibration and adjustment of diagnostic systems. This method significantly widens the database by varying the geometrical sizes of the pads (thickness h and others).

EFFECT: as a result, it becomes possible to create a wide base of reliable data with different forms of defects for unambiguous calibration and adjustment of diagnostic systems when determining technical state of rolling stock.

1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к области диагностики рельсовых транспортных средств и может быть использован в научных целях при исследовании динамических свойств ходовых частей вагонов и локомотивов.The proposed method relates to the field of diagnostics of rail vehicles and can be used for scientific purposes in the study of the dynamic properties of the chassis of cars and locomotives.

Известно [1], что работа подвижного состава ЖД транспорта в системе колесо-рельс связана со значительным износом обоих компонентов и это особенно относится к колесам. Во время эксплуатации колеса испытывают значительные статические и динамические нагрузки, что нарушает геометрический профиль поверхности катания колеса. При этом происходит ухудшение качества металла колеса, растут остаточные напряжения, нарушается плавность хода и снижается уровень безопасности движения. У колес возникают ползуны и навары, выщербины, отколы и подрез гребня колеса. Ползуны и навары образуются на поверхности катания из-за заклинивания колесных пар. Ползуны вызывают сильные удары колес о рельсы и могут привести к их излому. Выявить ползун или навар можно при встрече поезда сходу на слух, а после остановки - внешним осмотром. Предотвращение аварий и крушений осуществляют путем разработки и внедрения специальных норм, позволяющих определить степень пригодности вагона к дальнейшей его эксплуатации. Для этого проводят исследования с применением диагностических стендов и методов, в которых используются различные модели неисправностей.It is known [1] that the work of the rolling stock of railway vehicles in the wheel-rail system is associated with significant wear of both components, and this is especially true for wheels. During operation, the wheels experience significant static and dynamic loads, which violates the geometric profile of the surface of the wheel. In this case, the quality of the metal of the wheel deteriorates, residual stresses increase, smoothness is disrupted, and the level of traffic safety is reduced. At the wheels there are sliders and navars, dents, spalls and undercutting of the wheel flange. Sliders and navars are formed on the surface of the skating due to jamming of the wheelsets. The sliders cause strong impacts of the wheels on the rails and can lead to their fracture. You can identify a slider or a fat when meeting a train right away by ear, and after a stop - by an external examination. Accidents and wrecks are prevented through the development and implementation of special standards to determine the degree of suitability of a car for its further operation. To do this, conduct research using diagnostic stands and methods that use various models of faults.

Известная аппаратура ДДК (детектор дефектных колес), которая относится к напольным средствам автоматической диагностики, предназначена для выявления колесных пар с дефектами на поверхности качения колес, таких как ползун и навар, которые при движении поезда вызывают вертикальные динамические перегрузки колес и рельсов. Колесные пары с дефектами бракуются или используются в качестве настроечных образцов для диагностических систем и комплексов.Known equipment ДДК (defective wheel detector), which relates to floor-standing automatic diagnostics, is designed to detect wheelsets with defects on the rolling surfaces of wheels, such as a slider and weld, which, when the train moves, cause vertical dynamic overloads of wheels and rails. Wheel sets with defects are rejected or used as training samples for diagnostic systems and complexes.

Однако по метрологическим требованиям такие образцы должны обладать идентичностью параметров дефектов по высоте и глубине, протяженности и месту расположения на поверхности катания колеса. Если такие требования выполнять путем выборки и сортировки колесных пар, то это длительная и ненадежная процедура.However, according to metrological requirements, such samples must have the identity of the parameters of defects in height and depth, length and location on the surface of the wheel. If such requirements are met by selecting and sorting wheelsets, then this is a lengthy and unreliable procedure.

В изобретении «Способ определения динамических характеристик механической системы» (патент РФ №2292026) предложено возбуждать в системе свободные затухающие колебания и по амплитудно-временной зависимости отклика системы определять собственные частоты системы и логарифмический декремент колебаний. Способ заключается в том, что в системе возбуждают свободные затухающие колебания, регистрируют отклик системы, строят амплитудно-временную зависимость отклика системы, по которой определяют собственные частоты системы. Выделяют полосовым фильтром с выбранными частотами среза частотные составляющие, по которым определяют их логарифмические декременты колебаний. Собственные частоты системы определяют по пикам построенного амплитудного спектра Фурье отклика системы, а частоты среза принимают равными значениям ближайших частот, отстоящих слева и справа от собственных частот системы, на которых амплитудный спектр Фурье принимает минимальные значения.In the invention, “A method for determining the dynamic characteristics of a mechanical system” (RF patent No. 2292026), it is proposed to excite free damped oscillations in the system and determine the eigenfrequencies of the system and the logarithmic decrement of oscillations from the amplitude-time dependence of the response of the system. The method consists in the fact that free damped oscillations are excited in the system, the response of the system is recorded, the amplitude-time dependence of the response of the system is built, from which the natural frequencies of the system are determined. The frequency components are isolated by a band-pass filter with selected cutoff frequencies, according to which their logarithmic decrements of oscillations are determined. The eigenfrequencies of the system are determined by the peaks of the constructed amplitude Fourier spectrum of the response of the system, and the cutoff frequencies are taken to be equal to the values of the nearest frequencies located to the left and right of the eigenfrequencies of the system at which the amplitude Fourier spectrum takes the minimum values.

В таком способе отсутствует наиболее важная информация о системе возбуждения свободных затухающих колебаний, в которых необходимо измерять параметры и делать соответствующее заключение.In this method, the most important information about the excitation system of free damped oscillations, in which it is necessary to measure the parameters and make an appropriate conclusion, is missing.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Катковый стенд» (патент РФ №2488800), содержащий раму, установленную на бетонном фундаменте с участком рельсового пути, в разрыве которого закреплен имитатор такого пути в виде двух катков увеличенного диаметра. В катковом стенде, предназначенном для исследования системы колесо-рельс, предусмотрен имитатор нагрузок, включающий в себя боковые вертикальные гидропульсаторы для моделирования вертикальной силы, действующей в точке контакта колеса с рельсом.The closest technical solution adopted for the prototype is the “Roller stand” (RF patent No. 2488800), containing a frame mounted on a concrete foundation with a section of the rail track, in the gap of which a simulator of such a path in the form of two rollers of increased diameter is fixed. In the roller stand, designed to study the wheel-rail system, a load simulator is provided, which includes lateral vertical hydraulic pulsators to simulate the vertical force acting at the point of contact between the wheel and the rail.

Существенным недостатком способа моделирования сил в катковом стенде является сложность используемой конструкции и его чрезмерная металлоемкость. Кроме этого, применение гидропульсаторов требует дополнительного оборудования в виде насосной станции и системы управления.A significant disadvantage of the method of modeling forces in the roller stand is the complexity of the structure used and its excessive metal consumption. In addition, the use of hydraulic pulsators requires additional equipment in the form of a pumping station and control system.

Целью настоящего изобретения является создание базы достоверных данных с различными формами дефектов (наваров) на поверхности катания колеса при условии повышения надежности и экономичности способа сбора данных, относящихся к сигналам от дефектов, для однозначной калибровки и настройки диагностических систем.The aim of the present invention is to create a database of reliable data with various forms of defects (fat) on the surface of the wheel, provided that the reliability and economy of the method of collecting data related to signals from defects for unambiguous calibration and tuning of diagnostic systems are improved.

Поставленная цель достигается тем, что способ калибровки диагностических систем выполняется путем создания на любом полигоне колебаний испытуемой колесной паре в составе тележки вагона и измерения электрических сигналов с помощью вибрационных датчиков, для чего на поверхности катания одного или обоих колес приваривают одну или несколько накладок, имеющих вид сегмента шара или эллипсоида. Причем толщину сегмента назначают в пределах допуска на высоту дефекта (навара), в каждом сегменте делают два отверстия для приварки, а диаметры отверстий равны удвоенной толщине сегмента.This goal is achieved by the fact that the method of calibration of diagnostic systems is performed by creating at any test site vibrations of the tested wheel pair as part of the carriage of the car and measuring electrical signals using vibration sensors, for which one or more plates are welded to the rolling surface of one or both wheels, having the form segment of a ball or ellipsoid. Moreover, the thickness of the segment is assigned within the tolerance on the height of the defect (weld), in each segment two holes are made for welding, and the diameters of the holes are equal to twice the thickness of the segment.

Основная суть изобретения поясняется на фиг. 1, где показан рельс 1, по которому катится колесо 2 со скоростью вращения V, а на его поверхности катания приварена накладка 3, имеющая параметры, показанные на фиг. 2.The main essence of the invention is illustrated in FIG. 1, where a rail 1 is shown along which a wheel 2 rolls with a rotation speed V, and a plate 3 having the parameters shown in FIG. 2.

Способ калибровки диагностических систем осуществляется следующим образом. На поверхности катания одного или двух колес 2 в составе колесной пары тележки вагона приваривают одну или несколько накладок 3, которые при перемещении вагона по рельсам 1 вызывают резкий подъем оси колеса, в результате чего создается колебательный процесс. Параметры колебаний измеряют с помощью вибрационных датчиков и используют для оценки и расчета нагрузок на колесо. На основании полученных результатов создают базу данных для калибровки и настройки диагностических систем. Предлагаемый способ позволяет значительно расширить базу данных путем изменения геометрических размеров накладок (толщина h и другие). Увеличение количества накладок позволяет создавать резонанс в колебательном процессе, являющийся важным информативным параметром при технической диагностике. Приварка накладок в виде сегмента эллипсоида под углом в окружной скорости V позволяет моделировать боковые усилия и затем учитывать их при калибровке диагностических систем. Технология приварки накладок через два отверстия диаметром d не создает прочного соединения, поэтому они без особых проблем могут сниматься и заменяться новыми.The calibration method of diagnostic systems is as follows. On the rolling surface of one or two wheels 2, one or more plates 3 are welded on the wheel pair of the carriage carriage 3, which, when the car is moved along the rails 1, causes a sharp rise in the wheel axis, resulting in an oscillatory process. The vibration parameters are measured using vibration sensors and are used to evaluate and calculate wheel loads. Based on the results obtained, a database is created for calibration and tuning of diagnostic systems. The proposed method allows you to significantly expand the database by changing the geometric dimensions of the overlays (thickness h and others). The increase in the number of overlays allows you to create resonance in the oscillatory process, which is an important informative parameter in technical diagnostics. Welding the pads in the form of an ellipsoid segment at an angle in peripheral speed V allows you to simulate lateral forces and then take them into account when calibrating diagnostic systems. The technology for welding linings through two holes with a diameter of d does not create a strong connection, so they can be removed and replaced without new problems.

Список документов, цитируемых в отчете о поиске:List of documents cited in the search report:

Техническая диагностика вагонов. Часть 2. Диагностирование деталей и узлов вагонов при изготовлении, ремонте и в условиях эксплуатации. Учебник под ред. В.Ф. Криворудченко. М. 2013, с. 315.Technical diagnostics of cars. Part 2. Diagnostics of parts and assemblies of cars in the manufacture, repair and in operating conditions. The textbook, ed. V.F. Krivorudchenko. M. 2013, p. 315.

Claims (1)

Способ калибровки диагностической системы для оценки технического состояния подвижного состава, включающий возбуждение в системе свободных затухающих колебаний и определение технического состояния системы по амплитудно-частотной зависимости отклика системы, отличающийся тем, что для калибровки и настройки системы создают базу данных по результатам силовых характеристик взаимодействия колеса и рельса, полученных путем снятия параметров колебательного процесса от взаимодействия колесной пары и рельса, для чего на поверхности катания одного или обоих колес приваривают одну или несколько накладок, имеющих вид сегмента шара или эллипсоида, причем толщину сегмента назначают в пределах допуска на высоту дефекта (навара), в каждом сегменте делают два отверстия для приварки, а диаметры отверстий равны удвоенной толщине сегмента.A method for calibrating a diagnostic system for assessing the technical condition of rolling stock, including excitation of free damped oscillations in the system and determining the technical condition of the system from the amplitude-frequency dependence of the response of the system, characterized in that for calibration and tuning of the system, a database is created based on the results of the power characteristics of the wheel interaction and rail obtained by taking the parameters of the oscillatory process from the interaction of the wheelset and the rail, for which on the surface of the katan One or both wheels are welded on one or several overlays, having the form of a segment of a ball or an ellipsoid, with the thickness of the segment being assigned within the tolerance for the height of the defect (weld), two holes for welding are made in each segment, and the diameters of the holes are equal to twice the thickness of the segment.

Images