Организация диагностики наружного кольца подшипника магнитопорошковым методом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современный техник вагонного хозяйства должен ясно видеть перспективу развития железнодорожного транспорта, занимать активную позицию в вопросах внедрения новых типов вагонов и их эффективного использования. Для грамотного решения поставленных задач специалист должен знать конструкцию, а на ее основе - систему технического обслуживания и передовую технологию ремонта вагонов. При этом в системе технического обслуживания и ремонта он должен знать принцип действия применяемых приборов автоматики, средств механизации и автоматизации производственных процессов. На основе полученных знаний техник должен применять научную организацию труда на руководимом им участке; обеспечивать точное соблюдение технологических процессов по ремонту и техническому обслуживанию вагонов; внедрять прогрессивную технологию и передовые методы труда; вместе с тем он должен уметь определять силы, действующие на элементы вагона; приближенными методами оценивать напряженное состояние и условия прочности его деталей, выявлять и устранять причины эксплуатационных происшествий, связанных с неисправностью или нарушением условной эксплуатации вагона.

Цель: Изучить организацию диагностирования наружного кольца подшипника магнитопорошковым методом.

Задачи:

1. Возможные виды дефектов наружного кольца подшипника

2. Выбрать и обосновать метод диагностирования;

3. Описать выбранный метод диагностирования.

1. Назначение

Практически во всех машинах и механизмах имеются как вращающиеся, так и неподвижные части. Соединение вращающихся и неподвижных частей осуществляется при помощи подшипников. Подшипник обычно состоит из четырех частей:

внутреннее кольцо - оно плотно надевается на вращающуюся часть (вал) и вращается вместе с ним;

наружное кольцо - оно устанавливается в неподвижное «посадочное место» и само остается неподвижным;

ролики или шарики - расположены между кольцами, они перекатываются при вращении, благодаря чему снижается трение и обеспечивается легкость вращения;

сепаратор - это такая решетка, которая отделяет ролики друг от друга, чтобы они не наезжали один на другой и не мешали друг дружке перекатываться.

Вагоны - не исключение. Колесные пары вагонов соединяются с их тележками при помощи подшипников. Внутренние кольца закрепляются на шейках оси колесной пары, а наружные - неподвижны относительно рамы тележки.

Подшипники должны работать в смазке, причем смазка должна быть чистой. Поэтому во всех технических устройствах подшипники размещают в какой-то полости или коробке, которая заполнена смазкой и герметично отделена от окружающей среды. Собственно говоря, такие коробки с подшипниками и смазкой и называются вагонными буксами.

Кроме функции соединения вращающихся и неподвижных частей, буксовые узлы выполняют еще ряд важных задач.

Они обеспечивают передачу нагрузки от кузова вагона на шейки осей и ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно тележки. Вместе с колесными парами они являются наиболее ответственными элементами ходовых частей вагона.

Буксовый узел неподрессорен и жестко воспринимает динамические нагрузки от рельсового пути, возникающие при движении вагона. Кроме постоянно действующих нагрузок от массы брутто, буксовый узел испытывает значительные удары при прохождении колес по стыкам рельсов, от толчков во время торможения поезда или наезда колес на башмак при роспуске вагонов с горки, от действия центробежной силы при прохождении кривых участков пути и др.

Основными требованиями, предъявляемыми к буксовым узлам, являются:

а) безотказность и долговечность работы в существующих условиях эксплуатации в течение установленных сроков службы;

б) небольшая собственная масса;

в) взаимозаменяемость и унификация деталей;

г) простота выполнения монтажа и демонтажа узлов при ремонте и хорошая герметизация буксового узла.

В мировой практике вагоностроения применялись буксовые узлы на подшипниках качения и подшипниках скольжения. Буксовые узлы отечественных вагонов, а также современных конструкций зарубежных вагонов, оборудованы исключительно подшипниками качения (роликовыми подшипниками). Это обусловлено тем, что роликовые подшипники обеспечивают реализацию высоких скоростей движения и осевых нагрузок, а также более надежны и экономичны в эксплуатации.

В практике вагоностроения используются три основных типа роликовых подшипников: цилиндрические однорядные - с короткими цилиндрическими роликами, сферические двухрядные - со сферическими роликами, конические одно- и двухрядные - с коническими роликами. Наибольшее распространение в отечественных и зарубежных вагонах получили цилиндрические роликовые подшипники. С 1964 г. отечественные вагоны на сферических подшипниках не выпускаются.

Внутри корпуса буксы обычно размещаются два подшипника качения. Подшипники для букс грузовых и пассажирских вагонов железных дорог МПС единые. Это роликовые цилиндрические подшипники - радиальные однорядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами размером 130x250x80 мм.

Ролики имеют форму цилиндра, образующая которого представляет прямую линию, параллельную оси вращения подшипника и перпендикулярную радиальной нагрузке. Поэтому радиальная нагрузка распределяется по длине и хорошо воспринимается цилиндрической поверхностью тел качения, а осевая - лишь торцами роликов. Для предупреждения вредного влияния перекоса буксы и прогиба шейки оси на работу цилиндрических подшипников ролики стали изготавливать со скосами «бобиной».

Роликовый подшипник состоит из наружного и внутреннего колец, между которыми находятся ролики. Последние удерживаются в сепараторе на одинаковом расстоянии друг от друга.

Наружное кольцо одинаковое как для переднего, так и для заднего подшипника.

Оно имеет наружный диаметр 250 мм, плотно (хотя и с небольшим зазором) входит в корпус буксы. Его внутренняя поверхность имеет канавку или желобок, по которой перекатываются ролики. Края канавки не позволяют роликам сместиться ни вправо, ни влево. Кстати, на этой картиночке, которую мы не сами рисовали, а позаимствовали - явный «косяк»: с одной стороны бортик нарисован, а с другой нет.

Внутреннее кольцо переднего и заднего подшипников неодинаковы. Задний подшипник выполнен с однобортовым внутренним кольцом, а передний - с бесбортовым внутренним кольцом. Почему так - будет объяснено позднее.

Подшипники, имеющие один упорный борт на внутреннем кольце или оборудованные одним приставным кольцом, называются полузакрытыми. Они хорошо воспринимают радиальную нагрузку (направленную перпендикулярно оси вращения подшипников), а осевую - ограниченной величины - только со стороны борта или приставного кольца.

Передний подшипник имеет условное обозначение 232726 ГОСТ 18752, а задний - 42726 ГОСТ 18752. По этим обозначениям можно судить о размерах подшипника и его конструктивных разновидностях. Задний подшипник это тот, который ближе к колесу.

Внутреннее кольцо подшипника устанавливается на шейку оси с натягом, а наружное в корпус буксы - свободно. Вращение шейки оси вместе с внутренним кольцом подшипника вызывает вращение роликов вокруг своих осей и перекатывание по дорожкам качения между наружным и внутренним кольцами. Свободное перемещение роликов обеспечивается наличием радиального и осевого зазоров.

Радиальный зазор измеряется в свободном от нагрузки подшипнике и представляет собой сумму зазоров между дорожками качения колец и роликом. Осевой зазор измеряется между торцами роликов и бортами колец. Для новых подшипников на горячей посадке радиальный зазор 115-170 мкм, а осевой зазор 70-150 мкм. Причем меньшие значения зазоров рекомендуются для грузовых вагонов, а большие - для пассажирских.

Сепаратор представляет собой кольцо, изготовленное из латуни ЛЦ400МцЗЖ с наличием окон для установки роликов. Для удержания роликов от выпадения из сепаратора производится расчеканка его перемычек.

В мировой практике широко применяются пластмассовые сепараторы. Их важнейшие преимущества - незначительная масса, хорошие антифрикционные качества, возможность изготовления методом литья или под давлением с незначительными затратами. При недостаточной смазке пластмассовые сепараторы проявляют свои аварийные ходовые качества. В результате они нашли широкое применение за рубежом в качестве заменителей массивных латунных сепараторов. В настоящее время разработана и принята к серийному производству рамная конструкция отечественного сепаратора из стеклонаполненного полиамида, обеспечивающая существенное повышение надежности работы буксового узла за счет устранения износов сепаратора по центрирующей поверхности и перемычкам. При этом устраняются окисление смазки, задиры торцов роликов и бортовых колец, исключается заклинивание подшипников из-за разрушения сепаратора. Новая конструкция сепаратора позволила повысить живучесть буксового узла в аварийном режиме и снизить необрессоренную массу подшипника.

Для изготовления колец и роликов применяется сталь марки ШХ4. Раньше кольца и ролики подшипников изготавливались из стали марки ШХ15СГ электрошлакового переплава. В процессе эксплуатации подшипников, изготовленных из таких сталей, проявлялась склонность к хрупкому излому особенно внутренних колец вследствие больших напряжений, возникающих от посадки колец на шейку оси при воздействии радиальной и осевой нагрузок при движении вагона. Исследования показали, что новая сталь марки ШХ4 регламентируемой прокаливаемости обладает высокой твердостью поверхностного слоя и достаточной вязкостью внутренних волокон, что обеспечивает высокую устойчивость хрупкому разрушению по сравнению со сталью ШХ15СГ.

Цилиндрические подшипники, применяемые в вагонах, выполнены разъемными: наружное кольцо, сепаратор, ролики образуют отдельный блок, который свободно снимается и надевается на внутреннее кольцо. Это хорошо видно на картинке. Такая конструкция упрощает технологию монтажа и демонтажа буксового узла, поэтому она находит широкое применение в вагоностроении.

Размер роликового подшипника для вагонных букс 130 х 250 х 80. Это - внутренний (посадочный) диаметр внутреннего кольца х наружный (посадочный) диаметр наружного кольца х ширина колец подшипника.

2. Неисправности наружного кольца подшипника

Многолетняя практика эксплуатации подшипников качения на локомотивах показала значительное их преимущество перед скользящими в увеличении их срока службы и надежности в работе. Выполнение ремонтных операций подшипников качения, а также монтаж их осуществляют в специально оборудованных чистых, светлых и изолированных от других помещениях. Роликовые цехи на локомотиворемонтных заводах, в дорожных колесных мастерских и отделениях в локомотивных депо оснащают в требуемом количестве специальным инструментом, оборудованием и приспособлениями для выполнения необходимых операций при ремонте подшипников.

Для обеспечения нормальной работы и эксплуатации роликовые подшипники подвергают текущему осмотру, промежуточной, большой и полной ревизиям. Текущий осмотр осуществляет локомотивная бригада при приемке паровоза перед выездом под поезд, а также на профилактическом осмотре и промывочном ремонте. При этом бригада проверяет наличие, состояние смазки и нет ли ее утечки, а в пути следования с поездом периодически контролирует температуру подшипников, которая для подшипников парораспределительного механизма не должна превышать 40-45° С, а для подшипников дышлового механизма и колесных пар - не более 80° С. Основными причинами чрезмерного нагрева подшипников являются: недостаточное количество консистентной смазки или неудовлетворительное ее качество; загрязнение смазки песком или другими механическими примесями; отсутствие или недостаточный размер радиального зазора и осевого разбега. Не разрешается производить охлаждение чрезмерно нагретого подшипника водой или снегом. Перед каждой поездкой с поездом из основного или оборотного депо в подшипники дышел на паровозах ПЗб рекомендуется добавлять смазку до полной вместимости.

Промежуточную ревизию осуществляют на подъемочном ремонте, а также при наличии ползуна более 1,5 мм на поверхности катания колесной пары, после схода колесной пары с рельсов при скорости движения свыше 40 км/ч, при повреждении подшипникового узла после крушения или аварии. При этом смазку сливают с разборкой и промывкой буксы для последующего осмотра; подшипники промывают и осматривают на оси; проверяют состояние текстолитовых и резиновых колец, а также зазор между сепаратором и наружным кольцом, который должен быть не менее 1 мм. После пробега локомотива 25-30 тыс. км на очередном промывочном ремонте осуществляют промежуточную ревизию дышловых подшипников без выпрессовки из головок дышел. Для этого снимают с пальцев кривошипов ведущие и сцепные дышла и подшипники, шейки пальцев кривошипа дефектоскопируют. После промывки подшипников производят их осмотр. Проверку подшипников тендерных и поддерживающих колесных пар производят на промывочном ремонте, при этом работу выполняют в объеме текущего осмотра. При сборке бегунковых и движущих колесных пар регулировочные кольца необходимо ставить в соответствии с маркировкой на них, указывающей номер оси, сторону колесной пары и место постановки. Во всех случаях неправильная постановка этих колец приводит к нарушению осевого разбега подшипников в буксе.

Большую ревизию подшипников букс колесных пар бегунковых и движущих паровозов П36 осуществляют при полном освидетельствовании, если не требуется спрессовка хотя бы одного из центров или смены бандажей. Большую ревизию подшипников колесных пар тендеров и поддерживающих производят при подъемочном ремонте, а также при наличии ползуна более 1,5 мм на поверхности катания, после схода колесной пары с рельсов при скорости движения свыше 40 км/ч, при повреждении подшипникового узла после крушения или аварии. Подшипникам дышлового механизма большую ревизию осуществляют на подъемочном ремонте, при этом выполняют весь объем работ, предусмотренный для промежуточной ревизии. При большой ревизии также выполняются следующие дополнительные работы: проверяют на стенде осевой разбег подшипников букс бегунковых и движущих колесных пар, при этом калибруют масломерные рейки букс с нанесением на них меток верхнего и нижнего уровней масла в буксе, в дышловых головках, собранных на пальце кривошипа, проверяют осевое перемещение у центрового дышла, а у ведущего - плотность прилегания регулировочного кольца к щеке контркривошипа и к торцу закрепительной втулки.

Если при этом будет установлена невозможность устранения повреждения в подшипниковом узле при большой ревизии, необходимо произвести полную ревизию.

Полную ревизию роликовых подшипников, как правило, производят при заводском ремонте, т.е. при полном освидетельствовании колесных пар с выпрессовкой и полной разборкой всех деталей подшипников, при этом не разрешается применять ударные приспособления. Очистку от загрязнений производят в моечных установках и в ваннах, предназначенных только для роликовых деталей, с последующей обтиркой их безворсовыми салфетками с подрубленными краями. Применение для этой цели концов, пакли, ветоши, а также сжатого воздуха или Яара для обдувки не разрешается.

Обмер посадочных мест шеек осей и пальцев кривошипов, а также колец подшипников необходимо осуществлять не ранее чем через 14 - 16 ч после очистки колесной пары от загрязнений, а если обмывка производилась отдельного подшипника, обмер деталей производят через 8-10 ч, т.е. когда очищенные детали примут нормальную температуру после обмывки. При обнаружении браковочных размеров или повреждении детали подшипника заменяют новыми или комплектно заменяют подшипник.

Во всех случаях при замене дефектных подшипников на наружной стороне ступицы центра колесной пары (где менялся подшипник) необходимо ставить клеймо «ПС» с указанием условного номера предприятия, месяца и года смены подшипника. Если производилась прессовка годных подшипников для электромагнитного дефектоскопирование шеек, то в этом случае клейма ставят на тех же местах, но без буквы «С»

Снятие внутренних колец (обойм) подшипников осуществляют при помощи универсальных индукционных нагревателей с переходными кольцами. Нагрев внутренних колец газовыми горелками, а также выше температуры 160° С не разрешается. Конические и сферические подшипники на тепловой посадке снимают с цилиндрической шейки гидравлическим прессом.

Перед выкаткой колесных пар из-под паровоза П36 необходимо полностью слить масло из ванн буксовых подшипников. Для предупреждения самопроизвольного переворачивания букс после выкатки из-под локомотива в нижней части к ним необходимо подвесить груз, После снятия верхней части корпуса буксы вынимают регулировочные кольца, резиновые уплотнительные кольца и текстолитовые уплотнения с предварительным разъединением браслетных пружин.

После очистки детали подшипника подвергают наружному осмотру и дефектоскопирование. Подшипники качения подлежат замене при наличии одной из следующих неисправностей: следов ожога (рис. 229) на роликах, наружных и внутренних кольцах; трещин на кольцах, роликах и сепараторах; усталостного выкрашивания; задиров, Лысяк, вмятин на дорожках качения колец и роликах; сколов на роликах и у бортов внутренних и наружных колец; поперечных глубоких рисок на дорожках качения колец и роликов; местной выработки и усталостного выкрашивания на рабочих поверхностях бортов колец; рифления на дорожках качения внутренних и наружных колец; сед-ловитости, бочкообразности, ступенчатости посадочной поверхности внутренних колец подшипников; перегрева колец и роликов до цветов побежалости; ползуна (лыски) на поверхности качения роликов; коррозии на рабочих поверхностях деталей подшипников с проникновением в глубь металла; граненоети закрепительной втулки на цилиндрической поверхности (прилегание к шейке) с шагом 15 мм и более; срыва резьбы или уменьшения диаметра резьбы закрепительных втулок сферических подшипников; зазора менее 2 мм между сепараторами и дорожками качения наружных колец у конических подшипников; радиального зазора свыше 0,3 мм, замеренного в свободном состоянии у дышловых, паровозных и тендерных подшипников; радиального зазора 0,75 мм и выше у подшипников парораспределительного механизма. Постановка новых подшипников, не имеющих паспортов завода-изготовителя, не разрешается. Восстановление требуемых натягов для посадки внутренних, лабиринтных колец и других сопрягаемых с ними деталей производят наращиванием посадочных мест оцинкованием по утвержденной технологии с толщиной слоя не более 0,2 мм с последующей шлифовкой. Постановка подшипников качения с ослабшими кольцами в местах посадки во всех случаях не разрешается. Замену дефектных подшипников новыми или бывшими в работе в дышловом и парораспределительном механизмах, а также в буксах паровоза П36 производят согласно Правилам ремонта паровозов.

При необходимости ремонта буксовых роликовых подшипников колесной пары после спрессовки с оси центров производят снятие подшипников. Для этого индукционным нагревателем снимают лабиринтное и маслоотбойное кольца, а затем подшипник удаляют гидравлическим прессом.

После разборки и очистки от загрязнений в моечной машине дышла паровозов П36 проверяют на плите по горизонтальной и вертикальным плоскостям. При этом скручивание дышел, определяемое отклонением от вертикали хвостовиков и малых головок, должно быть не более 0,5 мм, а большой головки - не более 0,3 мм. Отклонение головок поршневого дышла от своих осей и скручивание их допускаются не более 0,3 мм. При износе посадочной поверхности под роликовые подшипники в запрессованной в головку дышла стальной втулке или при ослаблении в постановке исправление, производят путем выпрессовки ее с расточкой головки дышла и запрессовкой новой втулки. После запрессовки осуществляют шлифовку внутреннего диаметра втулки с учетом обеспечения натяга на посадку ролевого подшипника 0,03-0,05 мм.

Изношенную армировки упорных и выжимных шайб задней головки поршневого дышла восстанавливают наплавкой латуни, а крышки и упорные шайбы сцепных дышел - электронаплавкой качественными электродами марки УОНИ-13/55 диаметром 4-5 мм с последующей механической обработкой по чертежным размерам. При достижении предельного износа плавающих шайб передних головок поршневых дышел восстановление их производят наплавкой латуни с последующей механической обработкой с учетом обеспечения суммарного зазора между щеками ползуна, шайбами головки по чертежным размерам и допускам.

При сборке дышел необходимо руководствоваться следующим: разница между начальными радиальными зазорами у двух подшипников на центровой шейке должна быть не более 0,03 мм, а разница диаметров посадочных поверхностей наружных колец - не более 0,015 мм; диаметры посадочных поверхностей внутренних колец должны обеспечивать соединение с пальцами кривошипов с натягом 0,03-0,09 мм; перед сборкой необходимо произвести проверку диаметральных и осевых (поперечных) зазоров между крышкой и упорной шайбой второго сцепного дышла, которые должны соответствовать установленным допускам; посадочная поверхность наружного кольца подшипника для центровой головки второго сцепного дышла должна иметь натяг, соответствующий чертежному размеру, а при постановке в головку новой ремонтной втулки - натяг 0,03-0,05 мм; посадочная поверхность наружного кольца подшипника для запрессовки в заднюю головку поршневого дышла должна иметь натяг 0,03-0,05 мм; после посадки деталей на шейки пальцев кривошипов терцы их должны плотно, без зазоров, прилегать по всему периметру друг к другу. При проверке сопряжений прохождение щупа толщиной 0,05 мм не допускается; после укрепления крышек к головкам дышел соединение должно быть плотным, при этом щуп толщиной 0,05 мм не должен проходить между сопрягаемыми поверхностями; посадочная поверхность наружного кольца подшипника в передней головке поршневого дышла должна иметь натяг 0,02-0,03 мм с запрессовкой усилием 1-2 тс; закрепительные втулки подшипников при их посадке в сборе с дышлом на шейку пальца кривошипа предварительно нажимают усилием 2 тс и окончательно запрессовывают усилием 28-32 тс.

3. Методы диагностики наружного кольца подшипника

магнитный;

электрический;

вихретоковый;

акустический;

радиационный;

тепловой;

радиоволновой;

оптический;

Магнитопорошковый метод является одним из наиболее распространенных в системе НК деталей и узлов локомотивов и моторвагонного подвижного состава (МВПС). Объясняется это тем, что большинство деталей изготовлено из конструкционных сталей и легко намагничивается. Кроме того, он гарантирует надежное выявление поверхностных усталостных трещин, возникающих в процессе эксплуатации. При этом обеспечивается высокая чувствительность, выявление мельчайших дефектов.

В последние годы метод нашел широкое применение в самых различных отраслях отечественной промышленности и за рубежом. Не остались в стороне и предприятия железнодорожного транспорта, где все большее применение находят новые современные методы НК (феррозондовый, вихретоковый, акустико-эмиссионный), позволяющие автоматизировать технологические операции контроля.

Однако и сегодня магнитопорошковый метод остается одним из основных. С его помощью обеспечивается контроль важнейших деталей подвижного состава: осей колесных пар и колец подшипников, зубчатых колес и шестерен. Этим же методом контролируют 150 деталей локомотивов и электропоездов.

В последние годы совершенствуются технология и средства магнитопорошкового контроля. Специалистами Департамента локомотивного хозяйства (ЦТ) МПС и учеными отрасли разработана и направлена на железные дороги Инструкция по неразрушающему контролю деталей локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава №ЦТт/18/1, 1999 г. «Магнитопорошковый метод».

Что же требуется для проведения магнитопорошкового контроля? Прежде всего, для каждого предприятия необходимо разработать технологические карты, в которых указываются все операции контроля и последовательность их выполнения, а также критерии браковки деталей. Требования к форме и содержанию технологических карт приведены в инструкции.

Магнитопорошковый контроль деталей подвижного состава проводится двумя способами: по остаточной намагниченности (СОН) или по приложенному полю (СПП). В первом варианте контролируются детали из магнитотвердых материалов: кольца роликовых подшипников, зубчатые колеса и шестерни, закаленные шейки валов. Все другие детали контролируются СПП.

При всех способах используются магнитопорошковые дефектоскопы, которые состоят из блока питания (или управления) и намагничивающих устройств: соленоидов, стационарных или ручных электромагнитов, постоянных магнитов, различных индукторов с силовыми кабелями для намагничивания деталей сложной формы.

Сегодня ремонтные предприятия активно оснащаются современными средствами магнитопорошкового контроля. Назову некоторые из них, которые уже нашли самое широкое применение в депо и на заводах отрасли. Это устройство УМДЗ для контроля прямозубых и косозубых шестерен и ведомых зубчатых колес тяговых редукторов, установка ТПС-9706, с помощью которой проверяют свободные кольца диаметром от 100 до 400 мм подшипников качения буксовых узлов, стенд СМК-12 для мелких деталей. Хорошо зарекомендовали себя малогабаритные электромагниты МЭД 40/120 при контроле деталей сложной формы.

Однако обновление технических средств НК на ремонтных предприятиях идет медленно. Проведенный анализ показал, что более 40% дефектоскопов, применяемых в локомотивном хозяйстве, не отвечают современным требованиям. Например, используют магнитопорошковые дефектоскопы ДКМ-1Б, ДГС, ДГЭ, ДГЗ всех модификаций, которые выработали свой ресурс, сняты с производства и подлежат замене на дефектоскопы МД-12ПШ, МД-12ПЭ, МД-12ПС, УМДЗ с улучшенными характеристиками. Применяются всевозможные самодельные намагничивающие устройства с ненормированными техническими характеристиками.

Дефектоскопы часто используются не по назначению. Например, МД-12ПС с седлообразным намагничивающим устройством применяют для контроля шейки оси колесной пары или зубчатого колеса (шестерни), что совершенно не соответствует требованиям действующих нормативных документов. В некоторых депо слабо организована проверка режима намагничивания деталей и выявляющей способности магнитных индикаторов, так как не удосужились приобрести необходимые для этого приборы.

При контроле большой номенклатуры деталей используются дефектоскопы, требующие больших физических усилий и, естественно, затрат времени. Отсутствуют механизированные установки для контроля колесных пар локомотивов свободной оси колесной пары, деталей автосцепного устройства электрических машин. Низкий уровень механизации снижает производительность труда и достоверность результатов.

Поэтому при создании новых средств магнитопорошкового контроля больше внимания следует уделять механизации и автоматизации операций контроля Существенно повысить эффективность магнитопорошкового метода можно при создании механизированных стендов состоящих из следующих унифицированных блоков (модулей) механической части (стола, опор и приспособлений для размещения и перемещения контролируемых деталей, кронштейнов и кареток для закрепления и перемещения намагничивающих устройств); блока питания (или управления); намагничивающих устройств; f устройств нанесения магнитных индикаторов (порошков или суспензий), измерителей намагничивающих токов; измерителей напряженности магнитного поля сервисных приспособлений.

Блок питания предназначен для формирования переменного и импульсного намагничивающего тока в различных намагничивающих устройствах. Он обеспечивает включение, выключение, плавное или ступенчатое регулирование и индикацию намагничивающего тока, автоматическое размагничивание контролируемых деталей Вид намагничивающего тока выбирается в зависимости от применяемого способа контроля с учетом магнитных свойств материала детали. Диапазон регулирования намагничивающего тока - в зависимости от применяемого способа намагничивания с учетом формы и размеров детали. Для комплектации стендов, обеспечивающих магнитопорошковый контроль всей номенклатуры деталей, достаточно создать типовой ряд из 4 - 5 блоков питания разной мощности и видов тока с различными выходными напряжениями для подключения универсальных намагничивающих устройств.

На наш взгляд, целесообразно применять такие универсальные намагничивающие устройства, как двухсекционные разъемные и неразъемные соленоиды с диаметрами рабочего отверстия 220 и 280 мм, электромагниты седлообразное устройство, индукторы для намагничивания зубчатых колес и шестерен и др.

При создании методик магнитопорошкового контроля большое внимание уделяется методологическому обеспечению. На предприятия отправлена методика калибровки наиболее распространенных магнитопорошковых дефектоскопов МД-12ПШ, МД-12ПЭ и МД-12ПС, заканчивается разработка методики калибровки других дефектоскопов Имеются стандартные образцы предприятий (СОП) с искусственными дефектами для проверки выявляющей способности магнитных индикаторов и работоспособности средств контроля и методики их аттестации.

СОП с искусственными дефектами представляют собой пластину, прямоугольный или цилиндрический брусок с отношением длины к максимальной ширине поперечного сечения (или диаметру) не менее 5:1.

Для проверки работоспособности средств контроля используют детали или их части (фрагменты). СОП имеют вставки из материала контролируемой детали с поверхностными искусственными дефектами Проверка работоспособности средств контроля допускается только с применением СОП с естественными дефектами (трещинами) при наличии специализированных приборов, которые выявляют способности магнитных индикаторов и режима намагничивания деталей СОП с естественными дефектами представляют собой детали или их фрагменты с невидимыми при осмотре (без применения луп) дефектами. Их отбирают из числа забракованных деталей.

4. Магнитопорошковый метод диагностирования наружного кольца подшипника

Магнитопорошковый метод предназначен для выявления поверхностных и под поверхностных (на глубине до (1,5. 2) мм) дефектов типа нарушения сплошности материала изделия: трещины, волосовины, расслоения, не проварка стыковых сварных соединений, закатов и т.д.

Магнитные частицы порошка, попадая в поле дефекта под действием электрического тока 7, намагничиваются и в результате притягивающей сипы перемещаются в зону наибольшей неоднородности магнитного поля. Порошинки, притягиваясь друг к другу, выстраиваются в цепочки, ориентируясь по магнитным силовым линиям поля 2, и, накапливаясь, образуют характерные рисунки в виде валиков 3, по которым судят о наличии дефекта 4.

Этим методом можно контролировать изделия любых габаритных размеров и форм, если магнитные свойства материала изделия (относительная максимальная магнитная проницаемость не менее 40) позволяют намагничивать его до степени, достаточной для создания поля рассеяния дефекта, способного притянуть частицы ферромагнитного порошка.

Магнитопорошковый метод - это метод неразрушающего контроля поверхностей изделий из ферромагнитных материалов в их производстве и эксплуатации, суть которого такова: магнитный поток в бездефектной части изделия не меняет своего направления; если же на пути его встречаются участки с пониженной магнитной проницаемостью, например дефекты в виде разрыва сплошности металла (трещины, неметаллические включения и т.д.), то часть силовых линий магнитного поля выходит из детали наружу и входит в нее обратно, при этом возникают местные магнитные полюсы (N и S) и, как следствие, магнитное поле над дефектом. Так как магнитное поле над дефектом неоднородно, то на магнитные частицы, попавшие в это поле, действует сила, стремящаяся затянуть частицы в место наибольшей концентрации магнитных силовых линий, то есть к дефекту. Частицы в области поля дефекта намагничиваются и притягиваются друг к другу как магнитные диполи под действием силы так, что образуют цепочные структуры, ориентированные по магнитным силовым линиям поля.

Этапы магнитопорошкового контроля

1. Подготовка детали к контролю.

Подготовка детали к контролю заключается в очистке поверхности детали от отслаивающейся ржавчины, грязи, а также от смазочных материалов и масел, если контроль проводится с помощью водной суспензии или сухого порошка. Если поверхность детали темная и черный магнитный порошок на ней плохо виден, то деталь иногда покрывают тонким просвечивающим слоем белой контрастной краски.

2. Намагничивание детали.

Намагничивание детали является одной из основных операций контроля. От правильного выбора способа, направления и вида намагничивания, а также рода тока во многом зависит чувствительность и возможность обнаружения дефектов.

3. Нанесение на поверхность детали магнитного индикатора (порошка или суспензии).

Оптимальный способ нанесения суспензии заключается в окунании детали в бак, в котором суспензия хорошо перемешана, и в медленном удалении из него. Однако этот способ не всегда технологичен. Чаще суспензию наносят с помощью шланга или душа. Напор струи должен быть достаточно слабым, чтобы не смывался магнитный порошок с дефектных мест. При сухом методе контроля эти требования относятся к давлению воздушной струи, с помощью которой магнитный порошок наносят на деталь. Время стекания с детали дисперсной среды, имеющей большую вязкость (например, трансформаторного масла), относительно велико, поэтому производительность труда контролера уменьшается.

4. Осмотр детали. Расшифровка индикаторного рисунка и разбраковка.

Контролер должен осмотреть деталь после стекания с нее основной массы суспензии, когда картина отложений порошка становится неизменной.

Детали проверяют визуально, но в сомнительных случаях и для расшифровки характера дефектов применяют оптические приборы, тип и увеличение которых устанавливают по нормативным документам. Увеличение оптических средств не должно превышать x10.

Разбраковку деталей по результатам контроля должен производить опытный контроллер. На рабочем месте контроллера необходимо иметь фотографии дефектов или их дефектограммы (реплики с отложениями порошка, снятые с дефектных мест, с помощью клейкой ленты или другими способами), а также контрольные образцы с минимальными размерами недопустимых дефектов.

Вид и форма валиков магнитного и люминесцентного магнитного порошка во многих случаях помогают распознать нарушения сплошности.

5. Размагничивание и контроль размагниченности. Удаление с детали остатков магнитного индикатора.

Применяют два основных способа размагничивания. Наиболее эффективный из них - нагрев изделия до температуры точки Кюри, при которой магнитные свойства материала пропадают. Этот способ применяют крайне редко, так как при таком нагреве могут изменяться механические свойства материала детали, что в большинстве случаев недопустимо.

Второй способ заключается в размагничивании детали переменным магнитным полем с амплитудой, равномерно уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля. В зависимости от материала изделия, его размеров и формы применяют переменные магнитные поля различных частот: от долей Гц до 50 Гц.

Методы диагностики подшипников узлов

Дефекты подшипников качения роторных машин с высокой достоверностью обнаруживаются лишь по высокочастотной вибрации подшипников, свойства которой существенно меняются под действием даже незначительных колебательных сил. По мере роста дефектов и колебательных сил изменяется сначала среднечастотная вибрация подшипниковых узлов, а затем и низкочастотная вибрация машины в целом.

Как следствие, системы выходного контроля подшипников строятся из расчета на обнаружение прежде всего средних дефектов изготовления и контролируют среднечастотную вибрацию подшипника, а системы аварийной защиты рассчитываются на обнаружение сильных дефектов и контролируют низкочастотную вибрацию машины в целом. Что касается систем глубокой диагностики подшипников в процессе эксплуатации машин, то они в обязательном порядке используют методы анализа высокочастотной вибрации, а, при необходимости, контролируют и среднечастотную, и низкочастотную вибрацию подшипниковых узлов.

Среди различных методов контроля состояния подшипников качения по высокочастотной вибрации можно выделить три основных, различающихся по своей физической основе. Первый включает в себя контроль мощности высокочастотной вибрации подшипника, второй - анализ формы высокочастотной вибрации, возбуждаемой короткими ударными импульсами, а третий - спектральный анализ флуктуаций мощности высокочастотной вибрации.

Основные методы

Простейшая методика периодического контроля состояния подшипников качения основана на методе «ударных импульсов», разработанном шведскими специалистами в 1968 г. Сущность метода иллюстрирует форма высокочастотных сигналов вибрации. Анализ формы сигнала высокочастотной вибрации, возбуждаемой ударным импульсом, показывает, что он весьма непродолжителен во времени (быстро затухает), а важнейшим показателем является отношение пикового значения к среднеквадратичному значению высокочастотной вибрации (величина пикфактора). Существует большое количество методик определения диагностического параметра дефектов (пикфактор, К-фактор, крест-фактор и т.п.), отличающихся разным способом определения пиковых и среднеквадратичных значений сигнала и разной степенью учета этих значений в окончательном диагностическом параметре, но все эти отличия не меняют физических основ метода.

У метода ударных импульсов есть свои преимущества и недостатки. Преимущества определяются прежде всего отсутствием требований к периодичности следования ударных импульсов. Это позволяет обнаруживать, с одной стороны, зарождающиеся дефекты смазки, при которых разрывы масляной пленки происходят редко и нерегулярно, а, с другой стороны, механические дефекты подшипника на нестабильных частотах вращения, причем за короткое время, определяемое 2-3 оборотами ротора.

Недостатков у этого метода значительно больше. Главным является тот факт, что далеко не все зарождающиеся дефекты подшипника качения приводят к появлению ударных импульсов, и достаточно часто дефектный подшипник обнаруживается лишь незадолго до отказа, когда в нем развивается цепочка связанных дефектов, один или несколько из которых становятся источником ударных импульсов. И даже в этом случае частота следования ударных импульсов может быть настолько большой, что не приведет к росту такого важного показателя, как пикфактор. Еще один недостаток - отсутствие информации о виде дефекта, без которой практически невозможно давать долгосрочный прогноз состояния, так как минимальный временной интервал от зарождения дефекта до отказа нормально работающего подшипника в зависимости от вида дефекта может составлять от нескольких месяцев до нескольких лет.

Не менее важным недостатком можно считать сложность применения метода для контроля состояния низкооборотных подшипников (ниже 50-100 об/мин), когда в масляной пленке даже бездефектных подшипников появляются частые разрывы и, как следствие, возникают ударные импульсы.

Есть еще одна особенность метода ударных импульсов, усложняющая его применение. Максимальная величина пикфактора имеет весьма короткий промежуток времени, пока в подшипнике имеет место средний дефект, приводящий к возбуждению одиночных ударных импульсов в момент прохода каждым телом качения дефектной зоны наружного кольца подшипника. По мере развития дефекта, когда ударные импульсы начинают возбуждаться группами, величина пикфактора падает и метод теряет чувствительность. Поэтому при использовании метода ударных импульсов для контроля состояния подшипников качения измерения необходимо производить достаточно часто, не реже раза в неделю. Кроме этого контроль состояния подшипника методом ударных импульсов должен дополняться контролем мощности высокочастотной вибрации, чтобы не пропустить той стадии развития дефектов, когда количество ударных импульсов в единицу времени резко возрастает. Таким образом, в практической диагностике метод ударных импульсов используется не автономно, а в совокупности с методом контроля мощности высокочастотной вибрации.

Более высокими возможностями обладает метод контроля состояния подшипников качения по спектру огибающей высокочастотной случайной вибрации, возбуждаемой силами трения в масляной пленке подшипника, а также ударными импульсами при ее разрывах. Этот метод предложен российскими специалистами в конце семидесятых годов. Спектр огибающей дает информацию о периодических изменениях мощности высокочастотной вибрации в той полосе частот, которая предварительно выделяется из сигнала вибрации полосовым, например, третьоктавным, фильтром.

Следует отметить, что в настоящее время существует два разных по своей физической основе метода вибрационной диагностики, получивших одинаковое название /метод огибающей/ из-за одинаковой последовательности операций преобразования, применяемых к различным, а именно периодическим и случайным компонентам сигнала. Но если первый метод, применяемый для разделения близких по частоте гармонических составляющих, используется все реже, то второй метод, применяемый для исследования колебаний мощности случайных составляющих, стал одним из основных в вибрационной диагностике вращающегося оборудования. Существует два различных подхода к выбору полосы частот фильтра, выделяющего высокочастотную случайную вибрацию для последующего измерения спектра ее огибающей. Первый использует полосу частот, в которой под действием сил трения или ударных импульсов возникает сильная резонансная вибрация с собственными частотами колебаний тела качения или наружного (неподвижного) кольца подшипника. Второй подход заключается в использовании более высокочастотной нерезонансной вибрации, возбуждаемой этими же силами. Оба подхода дают близкие результаты, но лишь в том случае, когда в полосу частот фильтра не попадают гармонические составляющие вибрации, по мощности превышающие случайную вибрацию. В противном случае колебания мощности суммы гармонической и случайных составляющих уменьшаются и спектр огибающей начинает давать искаженную информацию о состоянии подшипника.

В подшипнике имеет место наиболее просто обнаруживаемый дефект - глубокая раковина на наружном кольце. Однако в первом спектре огибающей признаки этого дефекта почти не видны, так как из-за наличия одной сильной зубцовой электромагнитной составляющей мощность вибрации в выделенной полосе частот определяется этой составляющей и практически постоянна во времени. Во втором случае в выделенной полосе частот присутствуют кроме случайных составляющих две электромагнитные составляющие зубцовой природы и частота колебания мощности вибрации, в основном, определяется частотой биений этих составляющих, равной 100 Гц. И лишь в третьей полосе частот, где несмотря на более низкий уровень случайных составляющих вибрации подшипника, отсутствуют сильные гармонические составляющие вибрации, в спектре огибающей вибрации присутствуют признаки глубокой раковины на наружном кольце.

Следует отметить, что далеко не всегда в спектре вибрации подшипникового узла можно выделить полосу частот, в которой отсутствует гармонические составляющие. Тогда перед формированием огибающей приходится разделять сигнал на случайные и периодические компоненты с применением достаточно сложных алгоритмов цифровой обработки сигнала. Несмотря на определенную сложность измерения спектра огибающей высокочастотной случайной вибрации по сравнению с измерениями, выполняемыми по методу «ударных импульсов», реализация всех возможностей метода огибающей позволяет решать много важных задач диагностики подшипников качения и других узлов роторных машин. Во-первых, метод огибающей использует результаты измерения вибрации в более низкой области частот, чем метод ударных импульсов и, как следствие, точка контроля вибрации может быть несколько удалена от неподвижного кольца подшипника и выбирается, например, на корпусе подшипникового узла. Во-вторых, спектральный анализ огибающей позволяет обнаруживать в подшипнике качения зарождающиеся дефекты не только поверхностей качения, но и скольжения, в частности сепаратора. Обнаружение и идентификация (определение вида) всех дефектов является основой долгосрочного прогноза состояния подшипника и перехода с интервалов между измерениями порядка нескольких дней на интервалы до нескольких (3 -6) месяцев. В-третьих, появляется возможность диагностировать низкооборотные подшипники, в которых даже при нормальной работе возникают ударные импульсы. Диагностика в этом случае возможна потому, что в дефектных подшипниках периодически изменяется плотность ударных импульсов, а, следовательно, и мощность высокочастотной вибрации. В-четвертых, те дефекты, которые приводят к разрыву масляной пленки и появлению ударных импульсов, могут обнаруживаться еще до того, как величина дефекта будет достаточна для разрыва масляной пленки и возникновения ударных импульсов.

Естественно, что метод огибающей имеет и свои недостатки. Первый заключается в том, что на этапе зарождения с высокой достоверностью обнаруживаются все дефекты подшипника качения, кроме одного - дефекта смазки, так как достаточно часто на начальном этапе развития дефектов смазки разрывы масляной пленки могут быть нерегулярными, а спектральный анализ огибающей нечувствителен к непериодическим изменениям мощности высокочастотной вибрации.

Вторым недостатком может считаться необходимость длительного накопления сигнала в течение 50-100 оборотов подшипника против 2-3 оборотов при использовании метода ударных импульсов, причем частота вращения за это время не должна меняться более, чем на 1-2%.

Третий недостаток - разная чувствительность метода к дефектам неподвижного кольца подшипника, тел качения, сепаратора и подвижного кольца, так как на пути распространения высокочастотной вибрации в зависимости от вида дефекта либо нет ни одной переходной поверхности со слоем смазки, либо такая поверхность одна (для дефектов тел качения), либо две (для дефектов вращающегося кольца и сепаратора). Как следствие, пороги опасных дефектов для разных групп дефектов будут различаться и зависеть, в частности, от скорости движения тел качения по дорожкам качения.

Четвертый недостаток, который является общим для всех чувствительных методов диагностики по высокочастотной вибрации, заключается в том, что при наличии нескольких сильных дефектов по мере их дальнейшего развития чувствительность метода падает. Для того, чтобы компенсировать этот недостаток, параллельно спектру огибающей высокочастотной вибрации в современных системах диагностики контроль за наличием сильных дефектов осуществляется по спектру низкочастотной и среднечастотной вибрации подшипникового узла, измеряемой в направлении действия статической нагрузки на подшипник.

Рассмотренные выше методы контроля состояния подшипников качения реализованы во многих системах диагностики подшипников качения. Так, первым производителем систем контроля подшипников качения методом ударных импульсов стала фирма SPM, которая выпускает их с начала семидесятых годов. Первым производителем систем диагностики подшипников качения методом огибающей стали предприятия, входящие в настоящее время в Ассоциацию «ВАСТ», одно из которых выпускает программное обеспечение «DREAM» для автоматической диагностики подшипников качения с 1990 года. В последние годы список производителей диагностических систем, применяющих эти методы на практике, быстро расширяется.

5. Техника безопасности

диагностика подшипник магнитопорошковый кольцо

Основными обязанностями работников железнодорожного транспорта являются удовлетворение потребностей в перевозках пассажиров и грузов при безусловном обеспечении безопасности движения и сохранности перевозимых грузов, эффективное использование технических средств, соблюдение требований охраны окружающей природной среды.

Каждый работник, связанный с движением поездов, несет по кругу своих обязанностей ответственность за выполнение Правил технической эксплуатации и безопасность движения.

Ответственность за соблюдение Правил технической эксплуатации работниками железнодорожного транспорта возлагается на руководителей соответствующих подразделений.

Нарушение Правил технической эксплуатации работниками железнодорожного транспорта влечет за собой ответственность в соответствии с действующим законодательством.

Каждый работник железнодорожного транспорта обязан подавать сигнал остановки поезду или маневрирующему составу и принимать другие меры к их остановке в случаях, угрожающих жизни и здоровью людей или безопасности движения. При обнаружении неисправности сооружений или устройств, создающей угрозу безопасности движения или загрязнения окружающей природной среды, работник должен немедленно принимать меры к ограждению опасного места и устранению неисправности.

Работники железнодорожного транспорта должны обеспечивать безопасность пассажиров, создавать им необходимые удобства, культурно обслуживать на вокзалах, в поездах, быть вежливыми и предупредительными в обращении со всеми лицами, пользующимися услугами железнодорожного транспорта, и одновременно требовать от них выполнения действующих на железнодорожном транспорте правил.

Работники железнодорожного транспорта должны содержать в порядке рабочее место и вверенные технические средства.

Работники, для которых установлены форма одежды и знаки различия, должны быть в соответствии с Положением о дисциплине работников железнодорожного транспорта Российской Федерации одеты по форме.

Каждый работник железнодорожного транспорта должен соблюдать правила и инструкции по технике безопасности, пожарной безопасности и производственной санитарии, установленные для выполняемой им работы.

Ответственность за выполнение этих правил и инструкций возлагается на исполнителей и руководителей соответствующих подразделений.

Запрещается допускать на локомотивы, в кабины управления мотор-вагонными поездами, специальным самоходным подвижным составом (мотовозами, дрезинами, специальными автомотрисами, железнодорожно - строительными машинами) и другими подвижными единицами, к сигналам, стрелкам, аппаратам, механизмам и другим устройствам, связанным с обеспечением безопасности движения поездов, а также в помещения, откуда производится управление сигналами и такими устройствами, лиц, не имеющих права доступа к ним.