II. Анализ системы диагностирования тяговых электродвигателей
2.1. Анализ системы диагностирования тяговых электродвигателей
Система диагностирования тяговых электродвигателей должна быть направлена на выполнение задач по обнаружению основных видов дефектов.
Под дефектом электрической машины, работающей в заданном режиме, с точки зрения диагностики, понимают такое отклонение её параметров от нормированных значений, которое немедленно или с течением времени может привести к полной или частичной утрате ее работоспособности. Выбор наиболее информативных и эффективных диагностических параметров является главной задачей при разработке средств диагностирования электрических машин. Для тягового двигателя основными элементами являются: якорь, коллекторно-щёточный аппарат, остов, подшипниковый щит, моторно-осевые подшипники и зубчатая передача. Подробное разделение конструкции на отдельные элементы позволяет выделить на каждом из них характерные диагностические параметры и выявить между ними функциональные связи.
Диагностические параметры определяют и вид диагностирования: с разборкой объекта или без разборки. В условиях эксплуатации предпочтительнее безразборное диагностирование, а в условиях ремонта – разборное. Безразборная диагностика осуществляется с помощью чувствительных элементов (датчиков, которые закрепляются на контролируемом узле), или диагностической аппаратуры, не требующей контакта с объектом контроля (тепловизионный и вихретоковый методы). При проведении диагностики со снятием и разборкой тяговых электродвигателей используют визуальный, визуально-измерительный методы контроля, а также ультразвуковую и магнитопорошковую дефектоскопию. Безразборная диагностика предпочтительней, поскольку она менее трудоемкая и исключается время, необходимое для снятия ТЭД с подвижного состава и разборки.
Для эффективного проведения диагностирования электрических машин необходимо, кроме набора различных датчиков, использовать микропроцессорные средства, которые с высокой скоростью и точностью способны обрабатывать полученную информацию, сравнивать её с эталонными параметрами и устанавливать диагноз.
Микропроцессорные средства присутствуют в современных диагностических системах, применяемых в депо.
Одна из таких систем - КОМПАКС (система Компьютерного Мониторинга для Предупреждения Аварий и Контроля технического Состояния машинного оборудования), которая включает в себя различные модификации и подсистемы.
Система КОМПАКС-РПЭ10 (рис.11) является модификацией системы компьютерного мониторинга КОМПАКС и предназначена для диагностики технического состояния электродвигателей после ремонта.
Система обеспечивает контроль вибропараметров (виброускорение, виброскорость, виброперемещение), измеряемых в плоскостях переднего и заднего подшипника двигателя в вертикальном, горизонтальном и осевом направлении, тока потребления, измеряемого по фазам питающего напряжения, температуры переднего и заднего подшипника двигателя и частоты вращения ротора двигателя.
Система диагностики электродвигателей КОМПАКС-РПЭ имеет встроенную экспертную систему, которая автоматически выявляет дефекты внутренней и внешней обоймы подшипника, дефект сепаратора подшипника, дефект тел качения подшипника, касание ротором статора, послабление посадки подшипника, увеличенный зазор подшипника, пережатые подшипники, перекос подшипниковых щитов, дефект обмоток статора (перекос фаз), нарушение баланса ротора электродвигателя и другие.
Рис. 11. - Система диагностики электродвигателей КОМПАКС-РПЭ11
Система КОМПАКС-РПЭ позволяет производить диагностику от одного до восьми электродвигателей одновременно и обеспечивает выпуск из ремонта электродвигателей с максимальным потенциальным ресурсом.число двигателей определяется количеством выносных измерительных модулей. Система обеспечивает регистрацию на печатающем устройстве текстовой и графической информации о техническом состоянии электродвигателя по результатам испытаний.
Качество электродвигателя оценивается по результатам цифровой обработки сигналов, а результаты измерений отображаются на мониторе с помощью цветных пиктограмм (зеленый цвет «ДОПУСТИМО», желтый – «ТРЕБУЕТ ПРИНЯТИЯ МЕР», красный – «НЕДОПУСТИМО») и диаграмм с цифровыми значениями параметров.
Система осуществляет полный анализ вибросигналов с помощью алгоритмов быстрого преобразования Фурье, цифровой фильтрации и выделения огибающей.
Предусмотрена возможность накопления информации об испытанном оборудовании в архиве системы.
Для обеспечения работы системы в программном обеспечении предусмотрено шесть режимов работы:
Монитор - для отображения информации о состоянии электродвигателя
Тренд - для отображения и анализа трендов параметров.
Анализ - для анализа сигнала, спектра сигнала, поступающего с вибропреобразователя.
Архив - для работы с архивом актов испытания электродвигателей.
Система - для отображения информации о состоянии аппаратных средств.
Осциллограф - для анализа формы сигналов и настройки системы.
Использование системы КОМПАКС-РПЭ позволяет обеспечить как входной технический контроль электродвигателей, так и контроль электродвигателей, прошедших ремонт.
Большое количество порч и неисправностей якорных подшипников обусловлено тяжелыми условиями их работы. Тяжелые условия работы якорных подшипников определяются сравнительно высокими динамическими нагрузками, большим числом оборотов якоря, перекосами, а также нагревом деталей, обусловленным внутренним трением в самом подшипнике, притоком тепла от обмоток двигателя и другими факторами.
Одной из систем, позволяющей контролировать состояние якорных подшипников являетсяКОМПАКС-ЭКСПРЕСС, которая предназначена для экспрессдиагностики технического состояния колесно-моторных блоков (КМБ)
подвижного состава железных дорог на различных стадиях ремонта:
входная диагностика КМБ без выкатки тележки для определения объема ремонтных работ;
диагностика тяговых электродвигателей после ремонта;
диагностика колесно-редукторных блоков на стенде после ремонта;
диагностика тележки в сборе после ремонта;
выходная диагностика КМБ на электропоезде для определения качества ремонта и сборки.
Работа системы основана на измерении параметров вибрации подшипников тягового двигателя, редуктора и букс. Тележка поднимается домкратами, датчики вибрации крепятся в измерительных точках магнитным способом. Система обеспечивает включение тягового электродвигателя с пульта оператора, автоматический разгон с одновременным контролем и ограничением пускового тока, поддержание заданной частоты вращения и отключение питания.
На мониторе отображаются в текстовом и графическом виде количественные и качественные характеристики диагностических параметров. Формирование оценки текущего технического состояния и постановка диагноза встроенной экспертной системой происходит автоматически по результатам цифровой обработки сигналов с датчиков вибрации.
Система позволяет оперативно оценивать качество ремонта колесно-моторных блоков МВПС, выявлять скрытые дефекты подшипников и шестерен редукторов, прогнозировать техническое состояние колесно-моторного блока на ближайший период эксплуатации.
Система стендовая КОМПАКС-РПП12 предназначена для вибродиагностики подшипников качения (шариковых радиальных и радиально-упорных, роликовых радиальных с короткими цилиндрическими роликами, роликовых сферических двухрядных, роликовых конических) и обеспечивает вибродиагностику подшипников с внутренним диаметром от 40 до 120 мм и внешним диаметром от 62 до 310 мм.
Система в соответствии с ГОСТ 520-2002 определяет количественные характеристики физических величин, используемых в качестве диагностических признаков: виброускорение в четырех полосах частот: 22 - 11200, 50 - 300, 300 - 1800, 1800 - 10000 Гц; виброскорость в тех же полосах частот.
Характеристики признаков отображаются на цветном экране дисплея в виде специального табло, где качественные характеристики признаков представлены светофорными пиктограммами: зеленый - норма; желтый- требует принятия мер; красный - недопустимо.
Система регистрирует на печатающем устройстве текстовую и графическую информацию о техническом состоянии подшипника по результатам испытаний с выдачей рекомендаций по его применению, определяет его ресурс, и 214 сортирует подшипники на три группы применения в эксплуатации по частоте вращения: 1-я-испытанный подшипник применять на агрегатах с частотой вращения до 3000 об/мин и более, 2-я - не более 1500, 3-я - не более 1000.
Система состоит из диагностической станции (секция пультовая, диагностический контроллер, монитор, клавиатура, блок бесперебойного питания, принтер лазерный), программного обеспечения КОМПАКС-РПП, подшипниковых стендов (приводов обкатки подшипников), комплектов оправок, маркера искрового и комплекта специальных ключей.
Диагностическая станция системы подключается к силовой однофазной сети электропитания напряжением 220±22В, частотой 50 Гц, потребляемая мощность не более 200 Вт.
Время диагностики подшипника с распечаткой протокола на принтере, входящем в комплект системы, не превышает 3 минут без учета времени подготовки подшипника, установки на стенд и снятия со стенда, маркировки, консервации и упаковки.
Система КОМПАКС-УЗД13(рис.12) предназначена для диагностики технического состояния вкладышей подшипников скольжения. Система обеспечивает оценку вкладышей диаметром от 90 до 500 мм, шириной от 12 до 360 мм и толщиной заливки от 0,7 до 10 мм при толщине корпуса от 5 до 20 мм. Экспертная система основана на ультразвуковомметоде неразрушающего контроля.
Система ведёт базу данных по типам контролируемых вкладышей, позволяет её пополнять и редактировать. База данных включает сведения о номере подшипника скольжения, параметре вкладыша, материалах корпуса и заливки.
Система позволяет диагностировать вкладыши подшипников скольжения со сложной геометрией (проточки, приливы, масляные каналы и т.д.).
Система автоматически классифицирует выявленные дефекты в зависимости от глубины залегания и номинальных геометрических параметров вкладыша.
Рис.12. - КОМПАКС-УЗД14