Комплексы технической диагностики механического оборудования электрического подвижного состава

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ — СПЕЦИАЛИТЕТ 

серия основана в 1 996 г.

А.С. МАЗНЕВ 
Д.В. ФЕДОРОВ

КОМПЛЕКСЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ 

ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЧЕСКОГО 

ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО 

ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано Экспертным советом по рецензированию 
Московского государственного университета путей сообщения, 
уполномоченным приказом Минобрнауки России 
от 15 января 2007 г. № 10, к использованию 
в качестве учебного пособия для студентов, 
обучающихся по специальности «Подвижной состав железных дорог» 
(регистрационный номер рецензии 434 от 24 октября 2013 г. 
базового учреждения ФГАУ «Федеральный институт развития образования»)

Электронно

znanium.com

Москва

ИНФРА-М

2020

УДК 629.4(075.8) 
ББК 39.232я73 
М13

Р е це нз е нт ы:

Кутепов С.А., заместитель заведующего отделением АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта»;

Максимов И.Н., заведующий лабораторией АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта»;

Никитин Г.Б., заведующий отделением АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта»;

Осяев А.Т., главный научный сотрудник АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта»;

Феоктистов В.П., профессор Российского университета транспорта 
(МИИТ)

Мазнев А.С.

М 13 
Комплексы технической диагностики механического оборудования 
электрического подвижного состава : учебное пособие /  А.С. Мазнев, 
Д.В. Федоров. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 119 с. — (Высшее образование: Специалитет). — DOI 10.12737/1016342.

ISBN 978-5-16-015059-8 (print)
ISBN 978-5-16-107558-6 (online)
Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части рассмотрены 
принципы построения и функционирования диагностических комплексов для определения состояния деталей и узлов механической части 
электроподвижного состава; отмечены направления развития систем диагностики. Вторая часть посвящена физическим основам метода акустико-эмиссионной диагностики подшипниковых узлов и диагностическому прибору — анализатору ресурса подшипников АРП-11 и прикладной 
программе.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 23.05.03 
«Подвижной состав железных дорог».

УДК 629.4(075.8) 
ББК 39.232я73

ISBN 978-5-16-015059-8 (print) 
ISBN 978-5-16-107558-6 (online)

© Мазнев А.С., Федоров Д.В., 
2010, 2014, 2020

ЧАСТЬ I

Введение

В последние годы в локомотивном хозяйстве железных дорог активно внедряются устройства для определения технического состояния локомотивов, включающие измерительные каналы, устройства 
отображения диагностической информации, базы данных и персональные компьютеры. Такие устройства получили название диагностических комплексов.

Техническая диагностика — отрасль научно-технических знаний, 
представляющая собой теорию, методы и средства обнаружения дефектов и неисправностей технических объектов.

Средствами технической диагностики решаются следующие задачи:

1) контроль -  определение текущего технического состояния узла;
2) прогнозирование технического состояния, в котором окажется 
узел в некоторый момент в будущем;

3) генезис — определение технического состояния, в котором находился узел в некоторый момент в прошлом.

Внедрение в систему ремонта электрического подвижного состава 
современных комплексов диагностики позволяет:

-  сократить число эксплуатационных отказов оборудования локомотивов;

-  контролировать и прогнозировать остаточный ресурс узлов и

деталей;

-  формировать систему технического обслуживания и ремонта 
с учетом фактического состояния узлов;

-  сократить себестоимость ремонта;
-  повысить эффективность эксплуатации локомотива.
В настоящем учебном пособии изложены сведения о диагностических комплексах, предназначенных для определения состояния 
деталей и узлов механической части электрического подвижного состава.

4

Глава 1. ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ 

КОЛЕСНЫХ ПАР ARGUS

1Л. Принцип работы диагностического комплекса

Работа подвижного состава в системе колесо—рельс связана со 
значительным износом обоих компонентов, однако в значительной 
степени это относится к колесам. В ходе эксплуатации ухудшаются 
геометрия колеса, качество его материала и появляются несплошности на поверхности катания.

До сих пор эти износы определяли вручную. Значительные затраты труда на эти работы, а также простои подвижного состава при 
контроле приводили к большим интервалам времени. Автоматизация позволяет выполнять измерения за несколько минут. При этом 
обеспечивается высокая точность измерений и возможность планирования технического обслуживания.

Примером решения такой задачи является применение установки 
диагностического комплекса ARGUS для определения состояния колесных пар, используемой в депо «Металлострой» Октябрьской железной дороги. Диагностический комплекс разработан немецкой 
компанией Хегеншайт (Hegenscheidt-MFD) в г. Эркеленц (Erkelenz). 
Комплекс позволяет контролировать колеса подвижного состава во 
время их движения. При проследовании поезда через комплекс, расположенный в здании проходного типа, все колеса проверяются по 
нескольким параметрам. Результаты контроля передаются в цех ремонта по системе передачи данных. Блок информации для каждого 
колеса может быть выделен с помощью системы идентификации. 
Все результаты измерений, дающие полную информацию о состоянии каждого колеса и колесных пар, помещаются в запоминающее 
устройство. Доступ к данным с целью их оценки может быть разрешен компьютером более высокого уровня. Результаты измерений и 
рассчитанные по ним остаточные сроки эксплуатации позволяют

5

планировать работы, связанные с обточкой колес или с заменой колесных пар. Имея данные о состоянии профиля каждого колеса, 
можно заранее задавать режим его обточки на автоматизированном 
колесотокарном станке.

Диагностический комплекс ARGUS состоит из базового блока 
(компьютера управления и контроля) и следующих функциональных модулей (рис. 1.1):

— идентификации поезда;
— обнаружения некругл остей и ползунов поверхности катания;
— измерения диаметра и расстояния между внутренними гранями колес;

— обмера профиля;
— ультразвуковой дефектоскопии.
Расположение основных модулей комплекса ARGUS на рельсовом пути представлено на рис. 1.2.

Поскольку для подвергающихся обмеру поездов не предусматривается поддержание постоянной скорости, а предписывается лишь 
диапазон скоростей (5— 15 км/ч) на измерительном участке, для подтверждения достоверности и внесения поправок в отдельные модули требуется знание фактической скорости, поэтому при въезде на 
установку производится измерение скорости на колесе каждой колесной пары посредством двойного светового барьера 1. При выезде локомотива на путь двойным световым барьером производится 
также измерение выходной скорости.

Двойной световой барьер, находящийся примерно в 30 м от измерительного участка, обнаруживает въезжающий поезд 2 и готовую к измерению установку переключают в режим измерения. Одновременно измеряется скорость поезда, подсчитывается число осей 
и определяется момент проведения измерения для каждой оси. Измерительные модули включаются и подготавливаются к предстоящему измерению.

Колесные пары поочередно проходят через следующие модули: 
измерения окружности 4; обмера профиля 5; измерения диаметра 6\ 
проверки трещин 7.

Модуль идентификации 8 распознает номер вагона. Результаты 
измерений отдельных модулей передаются на базовый модуль 3 находящегося в измерительном павильоне компьютера, который собирает данные, проверяет их полноту, сортирует или обрабатывает.

6

^1

Рис. 1.1. Функциональная схема диагностического комплекса ARGUS:

LD — лазерный принтер; ES — внешнее рабочее место; NA — сетевое устройство; LWL — волоконно-оптический 
кабель; ZPC — центральный персональный компьютер (ПК); DBS — банк данных; Вт — базовый модуль; 1т — 
модуль идентификации; Rm — модуль обнаружения некруглостей и ползунов; Dm — модуль измерения диаметров 
колес; Рт — модуль обмера профиля; Rt — модуль обнаружения трещин; UFD — колесотокарный станок

Рис. 1.2. Расположение основных модулей комплекса ARGUS

В конце измерительного участка на втором световом барьере 9 
повторно измеряется скорость поезда, а также подсчитывается число осей. На основании этой информации базовый модуль получает 
сведения о том, что конец поезда или последняя ось вышли за пределы измерительного участка. После этого измерительные модули 
переходят в режим ожидания.

Базовый модуль комплекса проверяет результаты измерений, их 
полноту и достоверность. После обработки результатов данные передаются на сервер базы данных и сохраняются. Оператор комплекса может обратиться к базе данных, вывести результаты измерений на индикацию или, при необходимости, распечатать их. Устройство обмена данными может передать результаты измерений 
вычислительному устройству более высокой иерархической ступени для использования при последующей обработке (например, при 
репрофилировании станка для обточки колесных пар).

1.2. Модуль идентификации

Параметры колесной пары, непрерывно измеряемые комплексом, должны быть однозначно привязаны к определенному колесу. 
При вероятности того, что с течением времени колесные пары любого вагона могут заменять, каждую колесную пару следует идентифицировать отдельно; при неизменной принадлежности колесных 
пар достаточна идентификация вагона. В случае, когда отдельные 
вагоны в одной и той же последовательности включены в состав поезда, для однозначной привязки измеренных параметров к каждому отдельному колесу достаточна идентификация поезда.

В зависимости от порядка формирования состава каждый поезд, 
каждый вагон или каждая колесная пара снабжаются транспондером — приемно-передающим устройством, которое устанавливается с одной или с двух сторон так, чтобы специальная антенна была 
размещена рядом с измерительной установкой и производилась 
идентификация поезда и направления его движения. При расположении антенны с обеих сторон пути на каждый поезд требуется только один транспондер. Речь при этом идет о пассивном носителе информации, который воспринимает радарный импульс от одного 
(двух), расположенного на рельсовом пути активного приемо-пере- 
датчика и излучает его обратно однозначно модулированным информационным содержанием транспондера. Модулированный

9

импульс принимается приемником и демодулируется. Таким образом, идентифицируется объект, на котором установлен транспондер. Идентификация осуществляется в режиме прохода.

1.3. Измерение окружности поверхности катания 
колесных пар

Контроль колес с целью обнаружения некруглостей и ползунов 
на поверхности катания является основным условием обеспечения 
безопасности движения, особенно для высокоскоростных поездов. 
Некруглость колеса может стать причиной повреждений пути или 
ходовой части подвижного состава, снижения плавности хода и увеличения опасности схода с рельсов.

Поскольку прямое геометрическое измерение в режиме прохода 
невозможно, измеряются вторичные параметры, на основании которых можно однозначно получить желаемую информацию. Главным параметром, измеряемым этим модулем, является отклонение 
от нормы высоты гребня. Во многих случаях оно может быть мерой 
некруглости колеса и изменения его круга катания. При этом, если 
принять, что окружность вершины гребня является идеальной и концентричной относительно оси вращения, отклонение от нормы высоты гребня можно считать идентичным отклонению круга катания 
от идеальной окружности, несущим информацию о величине некруглостей и глубине ползунов. Поскольку вершина гребня не изнашивается, а колесные пары регулярно обтачиваются, указанное 
допущение в общем правомерно.

1.4. Измерение диаметра

У колесной пары диаметр обоих колес измеряется одновременно при помощи луча лазера (методом профилометрии) во время движения подвижного состава.

Диаметр колеса определяют по радиусу закругления одного сегмента колеса. Для этого два лазера с V-образно расходящимся в одной плоскости лучом помещают под исследуемым колесом таким 
образом, чтобы полосы света, падающие на поверхность катания, 
были параллельны плоскости измерения. Эти полосы фотографирует расположенная сбоку цифровая камера. Плоскость круга измерения проходит через поверхность катания колеса посредине между

10