Разработка системы диагностирования надрессорной балки тележки модели 18-100

Nadresornaya_balka - копия.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЙ
Кафедра Подвижной состав железных дорог
«ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА»
Руководитель -доцент кафедры ПСЖ Тюриков А.С.
Студент - гр. ПСЖ.2-12-1 Шлык И.А.
1 Назначение и выбор главного параметра 5
2 Функциональная схема вагона ..6
Разработка структурной схемы ..8
Анализ контролепригодности надрессорной балки ..10
Разработка системы технической диагностики
1 Анализ системы технической диагностики .15
2 Выбор дефектоскопа ..16
Порядок магнитопорошкового контроля 17
1 Осмотр поверхности и расшифровка индикаторного рисунка 17
На курсовую работу по дисциплине
Студент Группы ПСЖ.2-12-1 Шлык И.А.
Выдано 11.02. 2015г.
Срок сдачи 03.06. 2015г.
Руководитель: доцент кафедры ПСЖ Тюриков А.С.
Разработка системы диагностирования надрессорной балки тележки модели 18-100;
На стадии жизненного цикла конструкции.
Курсовая работа включает в себя :
-подготовку технического задания на разработку системы диагностирования (ГОСТ 34.602.89 «Техническое задание на создание автоматизированной системы» ГОСТ19.201-78 «Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению»);
-анализ конструкция узла подвижного состава для которого разрабатывается средство диагностирования его технического состояния;
-рассмотрение методов неразрушающего контроля дефектоскопии и диагностики виды технического состояния подвижного состава и его узлов;
-обоснование и выбор вида технической диагностики разрабатываемого узла системы подвижного состава;
-анализ параметров характеризующих техническое состояние узла;
-подбор измерительной системы;
-анализ эффективности предложенного технического решения.
Целью работы является знакомство с системами диагностики элементов подвижного состава выбор вида технического состояния подвижного состава (проектирование изготовление эксплуатация ремонт) классификация параметров определяющих функционирование объекта диагностики и анализ дефектов деталей вагонов и локомотивов выбор видов и методов неразрушающего контроля разработка структурной схемы системы диагностирования и схемы формирования процессов расчет первичных преобразователей системы диагностики.
Неразрушающий контроль –этоопределение характеристик материалов и изделий без их разрушения. Он основан на использовании проникающих веществ излучений и физических полей для получения информации о качестве материалов и объектов. Неразрушающий контроль подразделяется на следующие виды: акустический магнитный электрический вихретоковый радиоволновой тепловой оптический радиационный и проникающими веществами. Неразрушающий контроль в отличие от разрушающего обеспечивает проверку качества надежности и безопасности объектов без разрушения т.е. после него продукция может использоваться по прямому назначению и во многих случаях без остановки работы объекта.
1 Назначение и выбор главного параметра
Надрессорная балка (рис. 2) служит для передачи нагрузки на рессор-
ные комплекты и представляет собой отливку из стали 20 ФТЛ коробчатого сечения с отлитыми заодно подпятником и опорами для скользунов. Подпятник 2 служит опорой для пятника вагона. Шкворень 7 (см. рис. 1) удерживает тележку под вагоном в случае выхода пятника вагона из подпятника тележки. На поверхности В (рис. 4) буртах подпятника по окружности нанесены четыре керна в диаметрально противоположных точках служащие базой при восстановлении наплавкой с последующей механической обработкой диаметральных размеров подпятника. На опоры 1 надрессорной балки установлены колпаки с предохранительными болтами и регулировочные прокладки служащие для регулировки зазоров между скользунами тележки и скользунами кузова вагона. Скользуны тележки под-
держивают кузов вагона при действии боковых сил. На концевых частях балки имеются наклонные (под углом 45°) плоскости А взаимодействующие с наклонными плоскостями фрикционных клиньев гасителей колебаний. Челюсти 4 служат направляющими для фрикционных клиньев и ограничивают их перемещения. При ремонте наклонных поверхностей за базу принимается нижняя опорная плоскость Б и установочные бонки 5. Бонки 6 и 12 служат для фиксации пружин. На боковой стенке балки в средней части расположены приливы для крепления державки мертвой точки 3 тормозной рычажной передачи.
Рисунок 2– Балка надрессорная
Надрессорные балки кроме передачи нагрузки на рессорные комплекты в
тележке модели 18 - 100 непосредственно участвуют в работе гасителей колебаний нагружая фрикционные клинья и прижимая их к фрикционным планкам. Нагрузка от надрессорной балки на фрикционные клинья передается через наклонные плоскости. Надрессорная балка имеет следующую маркировку
(рис. 3): клейма приемки из ремонта 1 маркировку приемки детали на заводе 2
код страны собственницы 3 порядковый номер детали 4 год изготовления детали 5 условный номер завода изготовителя 6 порядковый номер детали 7.
Рисунок 3– Маркировка надрессорной балки
Таблица 1 - Размеры надрессорной балки
допускаемый без ремонта
Рисунок 4 – Размеры надрессорных балок
2 Функциональная схема вагона
Функциональная схема вагона дает представление о взаимодействие основных элементов конструкции механизмов и аппаратов. От правильности функционирования этих элементов зависит работоспособность всего вагона. на рис. 2 представлена функциональная схема грузового вагона из анализа которой следует что все элементы конструкции механизмы аппараты взаимодействуют между собой и при организации технического диагностирования должны рассматриваться как взаимозависимые системы. Основные элементы конструкции обозначены прямоугольникам а различные механизмы аппараты и другие функциональные элементы изображены окружностями. в отличие от элементов конструкции механизмы и другие функциональные элементы выполняют определенные функции основанные на взаимодействии с другими элементами.
кузов предназначен для размещения закрепления и обеспечения сохранности груза.
Корпус автосцепки предназначен дня размещения механизма автосцепки и передачи продольных сил от соседних вагонов или локомотива к упряжного устройства.
Надрессорная балка предназначена для передачи вертикальных и горизонтальных сил от рамы вагона и скользунов на рессорное подвешивание в боковые рамы а также для крепления вертикальных рычагов тормозной рычажной передачи.
Боковые рамы предназначены для передачи вертикальных и горизонтальных сил между рессорным подвешиванием надрессорной балкой и корпусом буксы а также для крепления подвески тормозных башмаков.
Корпус буксы предназначен для размещения подшипников и для передачи вертикальных и горизонтальных сил между боковой рамой и подшипниками.
ось колесной пары предназначена для посадки колес и для передачи передачи горизонтальных и вертикальных сил между колесами и подшипниками.
рисунок 2 - функциональная схема грузового вагона
Разработка структурной схемы
Структурные схемыавтоматизации в проектах автоматизации рекомендуется разрабатывать в соответствии сГОСТ 24.302-80. Система технической документации на АСУ.
Графическое построение схемы должно давать наиболее наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в изделии. На линиях взаимодействия рекомендуется стрелками (поГОСТ 2.721-74) обозначать направления хода процессов происходящих в изделии.
На структурной схеме отображаются в общем виде основные решения проекта по функциональной организационной и технической структурам автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) с соблюдением иерархии системы и взаимосвязей между пунктами контроля и управления оперативным персоналом и технологическим объектом управления. Принятые при выполнении структурной схемы принципы организации оперативного управления технологическим объектом состав и обозначения отдельных элементов структурной схемы
должны сохраняться во всех проектных документах на АСУ ТП в которых они конкретизируются и детализируются в функциональных схемах автоматизации структурной схеме комплекса технических средств (КТС) системы принципиальных схемах контроля и управления а также в проектных документах касающихся организации оперативной связи и организационного обеспечения АСУ ТП.
Рисунок 6 - Структурная схема системы технического диагностирования вагонов и локомотивов.
ОД- объект диагностирования;
ДП- диагностические параметры;
СТД- средства технической диагностики;
АД- алгоритм диагностирования;
Сборочная единица или деталь как объект диагностирования (ОД) испытывают эксплуатационные воздействия при обычном их функционировании и тестовые воздействия от средств технического диагностирования (СТД) имитирующие условия работы объекта близкие к эксплуатационным.
Как правило в условиях эксплуатации проводится функциональное диагностирование сборочных единиц и деталей на специальных стендах.
О техническом состоянии объекта диагностирования можно судить по диагностическим параметрам (ДП).
Информация от средств технического диагностирования измеряющих и преобразующих параметры по заранее разработанному алгоритму диагностирования (АД) поступает к оператору (О) для принятия решения.
Анализ контролепригодности надрессорной балки
Важным аспектом технической диагностики является оценка контролепригодности изделий.
Контролепригодность – свойство изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов.
Контролепригодность обеспечивается конструкцией изделия и принятой системой технической диагностики.
Контролепригодность изделия задается на стадии разработки и обеспечивается на стадии производства.
Возможности улучшения контролепригодности в условиях эксплуатации практически отсутствуют.
В качестве показателей контролепригодности используются:
- коэффициент полноты проверки исправности (работоспособности функционирования)
где λк- суммарная интенсивность отказов проверяемых составных частей изделия;
λо- суммарная интенсивность отказов всех составных частей изделия;
- коэффициент глубины поиска дефекта (повреждения)
где F - число составных частей изделия с точностью до которых определяется место дефекта;
R- общее число составных частей изделия с точностью до которых требуется определение места дефекта;
- среднее время подготовки изделия к диагностированию заданным числом специалистов
где ТУСЛ- среднее время установки и снятия измерительных устройств необходимых для диагностирования;
ТМДР - среднее время монтажно-демонтажных работ на изделии необходимых для подготовки к диагностированию;
- средние трудозатраты на подготовку изделия к диагностированию
где QУСЛ - средние трудозатраты на установку и снятие измерительных устройств необходимых для диагностирования;
QМДР - средние трудозатраты на монтажно-демонтажные работы на изделии необходимые для подготовки к диагностированию;
- коэффициент избыточности изделия
где GИ-масса всего изделия;
GИИД -масса составных частей введенных в конструкцию для диагностирования изделия;
- коэффициент использования специальных средств диагностирования
где GСД- суммарная масса серийных и специальных средств диагностирования изделия;
GССД - масса специальных средств диагностирования изделия;
- коэффициент трудозатрат на подготовку к диагностированию
где QД - средние трудозатраты на диагностирование изделия;
QВ - средние трудозатраты на подготовку изделия к диагностированию;
- дифференциальная оценка контролепригодности
- комплексная оценка контролепригодности
где n - количество показателей контролепригодности рассматриваемого изделия;
αi- коэффициент весомости i-го показателя контролепригодности.
Для всех изделийдефекты подразделяются на 2 вида: производственные и эксплуатационные.
Производственныедефекты– это дефекты образованные в результате производственных процессов. К ним относятся дефекты при литье штамповке прокатке ковке сварке волочении химико-термической обработке и т.д.
Эксплуатационныедефекты– это дефекты образованные в результате эксплуатации. Самый популярный вид этого дефекта – трещины усталости.
При литье возможны следующие специфические дефекты:
Горячие трещины – хорошо видимые невооруженным глазом разрывы поверхности отливки образующиеся при застывании расплавленного металла в формах вследствие его усадки.
Холодные трещины – очень тонкие разрывы поверхности отливки образующиеся из-за внутренних напряжений или же механического воздействия при температуре ниже температуры свечения отливки.
Газовые иусадочныераковины – закрытые или открытые полости находящиеся в теле отливки образующиеся либо из-за быстрого охлаждения металла в литейных формах при котором растворенные газы не успевают выделиться из отливки либо неравномерной усадки металла при затвердевании (обычно в утолщенных местах отливки где металл затвердевает в последнюю очередь).
Неметаллические включения – дефекты характеризующиеся наличием в металле неметаллических частиц либо попавших в него извне либо образовавшихся внутри металла вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке сплава. В металл извне могут попасть частицы шлака огнеупора графита песка и т. д. которые образуют шлаковые и песчаные включения чаще всего расположенные в верхних частях отливок или на их поверхности. Частицы окислов сульфидов силикатов и нитридов образующиеся внутри металлов прирасплавлении изаливке сплава располагаютсяввиде цепочек илисеткипреимущественнопо границам зерен снижая пластичность металла.
Плены в отливках – пленки на поверхности или внутри отливки состоящие из окислов часто свключениямиформовочного материала.
Спаи – сквозные или поверхностные щели с закругленными краями или углубления в теле отливки образованные не слившимися потоками преждевременно застывшего металла.
Рыхлота – мелкое скопление мелких усадочных раковин при крупнозернистой структурой металла.
После выявлениядефектов принимаетсярешениеоремонте либо браковке надрессорной балки.
Литейныедефектына поверхностях допускаетсяисправлять заваркой послепредварительной вырубкиилиочисткидо чистого металла. Исправлять заваркой допускается не более 15 % площадипоперечного сечения детали. Общая масса наплавленного металла не должна превышать 3 % массы детали. Заваривать литейные дефекты необходимо до термической обработки. Не допускается исправлять заваркой поперечные трещины расположенные на тяговых полосах.
Определение метода контроля
В практике неразрушающего контроля нашлиприменение следующие методы.
Феррозондовый контроль - принцип действия основан на преобразовании в электрический сигнал градиента напряжённости магнитного поля.
Магнитный контроль – основан на исследовании искажений магнитного поля возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов;
Электрический контроль – заключается в регистрации параметров электрического поля взаимодействующего с объектом контроля
Вихретоковый контроль – основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов наводимых в объекте контроля;
Радиоволновой контроль – основан на регистрации изменения параметров электромагнитных волн радиодиапазона взаимодействующего с объектом контроля;
Тепловой контроль – основан на регистрации изменения тепловых и температурных полей объекта контроля;
Оптический контроль – заключается в регистрации параметров оптического излучения взаимодействующего с объектом контроля;
Радиационный контроль – основан на анализе и регистрации проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с объектом контроля;
Акустический неразрушающий контроль – основан на регистрации параметров упругих волн возбуждаемых в объекте контроля;
Проникающими веществами – основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов объекта контроля.
В связистем что материал из которого изготовлена надрессорная балка является ферромагнетиком а возможные дефекты лежат в поверхностной и подповерхностной зоне наиболее целесообразно проводить контроль магнитопорошковым ультразвуковым или феррозондовым методом.
1 Анализ системы технической диагностики
Контроль наклонных плоскостей (полноты призмы) размер 174 – 179 мм надрессорной балки вести шаблоном Т. 914.05.000
Предельно допустимое отклонение углов наклона на сторону не допускается.
Штанген Т.914.06.000 для контроля диаметра глубины толщины внутреннего и наружного буртов подпятника.
Контроль высоты опоры скользуна относительно опирания надрессорной балки (309 – 315) мм на рессорный комплект вести приспособлением ИН – 052.
Шаблон–щуп Т.914.21.000 для контроля величины зазоров между скользунами тележки и рамы вагона.
Шаблон Т.914.18.000 для контроля величины завышения занижения фрикционного клина относительно опорной поверхности надрессорной балки.
Сутьмагнитопорошкового метода заключается в следующем: 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 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 наибольшейконцентрации магнитныхсиловыхлиний то есть кдефекту. Частицывобласти поля дефектанамагничиваютсяи притягиваются друг к другу как магнитные диполи под действием силы так что образуют цепочные структуры ориентированные по магнитным силовым линиям поля.
Наиболеераспространенным способом нанесенияпорошкана контролируемую поверхность является нанесение порошка в виде магнитной суспензии. После намагничивания или во время него деталь или её контролируемый участок должны быть равномерно и обильно обработаны суспензией с заданной концентрацией порошка. Обработка проводится либо путём полива детали суспензией либо путём окунания её в ванну с хорошо перемешанной суспензией. Осмотр деталей проводится как правило
невооруженным глазом после полного стекания с контролируемого участка основной массы суспензии.
Для обеспечения надёжногомагнитопорошкового контроля необходимы следующие вспомогательные устройства:
намагничивающее устройство;
устройство для нанесения магнитной суспензии или порошка на детали;
осветители контролируемой поверхности видимым (белым) или ультрафиолетовым светом;
измерители напряженности магнитного поля;
измерители концентрации порошка в магнитной суспензии;
контрольные образцы с тонкими дефектами;
размагничивающие устройства.
Магнитопорошковый методпозволяетобнаруживать поверхностные иподповерхностные дефекты типа нарушений сплошности материала:
трещины различного происхождения флокены закаты надрывы волосовины расслоения дефекты сварных соединений и др. соединений.
Необходимым условием применения магнитопорошкового метода длявыявления дефектов является наличиедоступа кобъектуконтроля длянамагничивания обработки индикаторными материалами и оценки качества.
Результатыконтроля объектов магнитопорошковымметодом зависятот следующихусловий:
магнитные характеристики материала
форма и размеры объекта контроля;
шероховатость поверхности объекта контроля;
наличие и уровень поверхностного упрочнения;
толщина немагнитных покрытий;
местоположение и ориентация дефектов;
напряженность магнитного поля и его распределение по поверхности объекта;
угол между направлением намагничивающего поля и плоскости дефектов;
свойства магнитного индикатора и способ его нанесения на объект;
способ и условия регистрации индикаторного рисунка выявляемых дефектов.
2 Выбор дефектоскопа
Дефектоскоп магнитно-порошковый переносной ПМД-70
Дефектоскоп позволяетконтролировать различные по формедетали сварныешвы внутренние поверхностиотверстий путемнамагничивания отдельных контролируемых участков или изделия в целом циркулярным или продольным полем создаваемым с помощью набора намагничивающих устройств питаемых импульсами тока (электроконтакты гибкий кабель) а также постоянным током (электромагнит соленоид). Дефектоскоп обеспечивает размагничивание деталей после контроля.
Документирование результатовконтроля можетбыть обеспечено изготовлением магнитограммы рисунка дефектов посредством снятия отпечатка рисунка на полиэтиленовой липкой ленте ГОСТ 20477-86 или аналогичного материала а также фотографированием.
Технические характеристики магнитопорошкового дефектоскопа ПМД–70
представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Технические характеристики ПМД–70
Напряженность магнитного поля электромагнита
Напряженность магнитного поля соленоида
Амплитуда тока вимпульсе
Питание: от сети переменноготока частотой 50 Hz
отаккумуляторной батареи
Потребляемаямощность
Температура окружающеговоздуха
Порядок магнитопорошкового контроля
Дефектоскопист очищает поверхности надрессорной балки от загрязнений не удаленных при машинной мойке с помощью ветоши.
Передпроведениемконтроля дефектоскопистпроводитвизуальный осмотрнадрессорной балки при этом выявляет наличие дефектов: трещин рисок задиров забоин коррозионных повреждений и других дефектов при необходимости с применением лупы увеличением не менее 4х ГОСТ 25706-83. При обнаружении недопустимых дефектов согласно карте дефектации деталь бракуется и магнитопорошковый контроль ее не производится.
Рискизадиры забоины глубинойдо 02 ммдефектоскопист устраняетзачисткойшлифовальной машинкойсплавнымпереходом косновномуметаллу.
Магнитопорошковый контрольнадрессорной балки проводится дефектоскопистом в сборочном цеху с использованием дефектоскопа ПМД–70. Устанавливается специальная подставка под надрессорную балку на слесарном столе.
Дефектоскопистнамагничивает деталь располагая блокидефекто-скопа наддетальюна расстоянии 5 10 см так чтобы продольные осиблоков составляли с поверхностью детали угол примерно 45 градусов. Далее не меняя угла наклона блоков устанавливаем блоки на деталь. После намагничивания намагничивающее устройство снимается.
Наповерхностьдетали наносится порошокспомощью пульверизатора тонким слоем зигзагообразно вдоль детали с шагом не более 10 мм. Сам распылитель располагают на расстоянии 30–50мм от поверхности. На места оказавшиеся без порошка следует досыпать порошок дополнительно.
1 Осмотр поверхности и расшифровка индикаторного рисунка
Состояние контролируемой поверхностиоцениваютпо наличию наддефектом валика (скопления) магнитного порошка в виде индикаторного рисунка видимого невооружённым глазом или с помощью лупы 4х (ГОСТ 25706-83). Чёткий нерасплывающийся рисунок воспроизводимый при каждом повторном нанесении магнитного порошка на контролируемую поверхность намагниченной детали свидетельствует о наличии поверхностного дефекта. Расплывшийся (размытый) рисунок свидетельствует о наличии подповерхностного дефекта.
Характер индикаторного рисунка во многом зависит от параметров трещин (дефектов) а именно: глубины ширины раскрытия и длины. Так например при осмотре надрессорной балки особое внимание следует уделять отдельным поперечным скоплениям порошка в виде четких линий имеющих длину 3 мм и более. Подобные скопления порошка свидетельствуют о наличии поперечных усталостных трещин в начальной стадии развития. В сомнительных случаях при нечетком индикаторном рисунке необходимо производить повторный контроль. Если же и при повторном контроле индикаторный рисунок получается нечетким то деталь полностью размагничивают и процесс контроля выполняют заново.
При проведении контроля магнитопорошковымметодомимеющиеся вдеталяххарактерныедефекты выявляются по следующимпризнакам:
закалочные трещины – по цепочкам частичек порошка которые имеют вид плотных извилистых хорошо различимых рельефных линий. Эти трещины выявляются обычно очень хорошо так как стали из которых изготавливают закаливаемые детали имеют большую коэрцитивную силу и значительную остаточную индукцию;
шлифовочные трещины – по наличию на поверхности детали тонких чётких линий представляющих собой сетку или короткие чёрточки направление которых перпендикулярно направлению шлифования;
надрывы – по своеобразным скобочкам разбросанным по всей поверхности или большей её части. После удаления порошка надрывы можно увидеть с помощью лупы;
усталостные трещины – по резко очерченным плотным чётким линиям или «жилкам» расположенным большей частью в местах концентрации напряжений;
термические трещины – по таким же признакам как и шлифовочные однако встречаются они на поверхностях трения;
волосовины – по наличию на поверхности детали прямых линий различной длины расположенных вдоль волокон;
закаты – по извилистым линиям расположенным по краям детали или по линиям имеющим криволинейный незамкнутый контур и расположенным в средней части детали.
Осаждение магнитного порошка собразованием индикаторногорисунка на контролируемой поверхностидетали не всегда свидетельствует о наличии дефекта. Иногда магнитный порошок скапливается над ложным дефектом причиной чего обычно является магнитная неоднородность металла. Это явление встречается в металлах вследствие:
– структурной неоднородности металла на границе двух участков детали один из которых упрочнён накаткой смят сильным ударом или подвергнут какой-либо другой местной деформации;
– концентрации остаточных внутренних напряжений;
– резкого изменения (уменьшения) поперечного сечения детали;
– грубой обработки поверхности и др.
Что бы отличить ложные дефекты от действительных поверхностныхдефектов можноприменитькакойлибо другой методнеразрушающего контроля в качестве контрольного метода например капиллярный.
2 Послепроведения контроляпроизвести размагничивание деталей. Протереть поверхность подвески ветошью для удаления остатков магнитного порошка.
Выбраковкудеталей по результатамконтроля должен производить опытный контролёр хорошо знающий типичные признаки наиболее характерных дефектов. В сомнительных случаях проводят многократный контроль с изменением режимов и способов намагничивания и контроля.