Новые технологии ранней диагностики и точного измерения параметров контролируемых объектов

1. «Путевая акустичес­кая система обнаруже­ния» - Trackside Acoustic Detection System (TADS).

Разработана компанией «Центр транспортных технологий» Ассоциации американских железных дорог (AAR).

Обеспечивает выделение звуковых «сигнатур» - спектров излучения характерных неисправностей подшипников. Подавляет фоновые шумы. Обнаруживает дефекты на самых ранних этапах задолго до возникновения риска отказа и начала перегрева подшипника. Идентификация дефектов по категориям опасности по базе данных звуковых (акустических) «сигнатур» (БД-3С), заложенной в программу детектора на основе результатов экспериментальных исследований. БД-3С расширяется по мере накопления реальных результатов работы системы.

УЦФ позволяет анализировать состояние колес.

Первая в Канаде и девятая в мире (публ. 2000 г.) в 75 км от Ванкувера. Система TADS в зоне двух ж.д. компаний CPR и CN (Канада) используется совместно с устройством цифрового фотографирования колес движущихся поездов компании CN (Canadian Northern).

Стоимость установки одного устройства около 450000$.

(Наш перевод «И4» 2005 г.).

+ Устройство цифрового фотографирования (УЦФ) колес проходящих поездов.

Компания «Логистические решения» (Canadian Pacific Logistics Solutions) в составе CPR.

2.1. Акустический детектор подшипников ABD.

2.2. Технология обработки импульсов от ударного воздействия на путь.

Центр транспортных технологий (TTC) (США).

2.1. В качестве основы разработки предварительно скомплектована база данных звуковых «отпечатков» подшипников с заведомо известными дефектами. Идентификационные признаки дефектов разделены на 9 (девять) категорий по степени опасности. Съем акустических характеристик за несколько оборотов колесной пары на скорости до 100 км/час.

Шесть схем, настроенных на дефекты отдельных видов, распознают, в том числе выкрашивания и отслаивания металла на роликах и кольцах подшипника, травление, повреждения буртика шейки оси, ослабление подшипника на оси.

2.2. «Амплитудное детектирование» обеспечивает выделение из широкого спектра частот импульсов от ударного воздействия на путь вследствие дефектов ходовой части.

Акустический детектор установлен для опытной эксплуатации на участке ж.д. Conrail в Мидлсексе. (США).

3. Детектор ударных нагрузок WILD

TTC, компания Amtrak, США

Изъятию подлежат колеса, создающие ударные нагрузки более 410 кН.

Измерительная система WILD – участок прямого пути длиной 60 м с рельсами 60 кг/м на ж.б.ш. Зона измерений в середине участка длиной 9 м с десятью (10) датчиками на рельсах между шпалами. По анализу CN технология обеспечивает гарантируемую точность показаний, выявление колес, создающих ударную нагрузку до 900 кН. Ранее множественные дефекты таких колес визуально не выявлялись. Зимой нагрузки более 450 кН наблюдаются почти в 10 раз чаще. Своевременное изъятие колес, создающих нагрузку > 680 кН, сократило число повреждений шеек осей, перегрева подшипников и изломов колес.

На сети ж.д. CN (Канала) в 1992-95 г.г. установлено 11 комплектов WILD.

4. Детектор ползунов колес на базе пьезоэлектрического кабеля.

Компания Siliani Elettronica ed Impianti, Италия.

Для выделения вызванных ползунами вибраций из всего спектра частот при взаимодействии колеса с рельсом используется анализатор Кепстра-косинус преобразования Фурье логарифма спектра мощности. Система защищена от электрических помех.

Нет данных.

5. Ультразвуковое устройство обнаружения колес с трещинами.

ТТС, США

Принцип эхо-сигнала. Входной сигнал с одной стороны – выходной улавливается с другой. Путем анализа выделяются эхо-сигналы, соответствующие трещинам. Для охвата всего колеса необходим комплект таких устройств.

Нет данных.

6. Комплексная многофункциональная система измерения геометрических параметров колес WIS.

Корпорация International Electronic Machines, США

Измеряет профиль и диаметр поверхности качения, толщину обода, высоту, толщину и угол наклона гребня, распознает ползуны, овальность, дефекты на поверхности и в металле методом высокоскоростного лазерного сканирования. Дефекты в металле обнаруживаются методов электромагнитной акустической трансдукции (EMAT).

Ползуны и овальность колес выявляются с помощью оптических датчиков и ускорениемеров на рельсе.

Удобна для интеграции.

Нет данных.

Система сканирования

Лазерным сканером измеряется также угол набегания колесной пары на скорости поезда до 30 км/час. Видеокамеры с двух сторон пути записывают изображения колес в отраженном свете. По результатам сканирования в центральном компьютере системы формируется профиль колес с точностью до 0,05 мм. По результатам сравнения с исходным профилем определяется износ колеса, данные передаются вагонникам.

7. Системы исследования ходовых характеристик тележек

Группа Rail Sciences, США (изучение новых методов).

Оборудование установлено в Канаде и Северной Америке.

По результатам анализа измерений 57 % вагонов создают повышенное поперечное воздействие на путь, 30 % имеют перекос тележек, из которых у 38 % обнаружены дефекты подшипников.

7.1. Система исследования вписывания в кривые участки пути.

Мониторинг взаимодействия пути и подвижного состава. Действующие на путь вертикальные и поперечные силы измеряются тензометрическими датчиками, смонтированными на пути.

7.2. Посты измерения угла набегания (AAIS).

Компания Wayside Inspection Devices, Канада.

Угол набегания между направлением движения колеса и осью пути. Измеряется оптическими датчиками.

AAIS применяются на ж.д. стран Америки, Австралии, Африки и Европы.

7.3. Система определения виляния грузовых вагонов и тележек.

Отделение BHP Iron Ore, Австралия.

Система из 10 комплектов аппаратуры, в каждом по два тензометрических датчика на головках двух смежных рельсов с полевой стороны.

Рудовозная железная дорога BHP Iron Ore, Австралия.

8. Измерение массы подвижного состава.

Измерительный мост, врезанный в путь. Питание аппаратуры от Солнечных батарей. Во избежание схода вагонов с рельсов разница в нагрузках на рельсы отдельных колесных пар не должна превышать 1,5 т.

Для подвижного состава с осевыми нагрузками до 35 т (близко к пределу несущей способности рельсов). Ж.д. BHP Iron Ore.

9. Интегрированные системы

AAR, США.

Создание единого физического и логического интерфейса (WEI) интеграции различных напольных устройств. Единый формат сообщений о результатах контроля и измерений. На основе WEI объединяются: детекторы перегрева букс, ползунов колес, акустические детекторы дефектов подшипников, детекторы габарита погрузки и другие.

США.

9.1. Система мониторинга технического состояния подвижного состава СТС.

ф. Spoornet, ЮАР.

В системе интегрированы: детекторы перегрева букс и волочащихся деталей, нарушений прямолинейности движения тележек в пути, заклиненных неисправными тормозами колес, ползунов колес, дефектов поверхности качения и гребней колес; детекторы негабарита, устройства измерения толщины тормозных колодок, накладок токоприемников, диаметра колес, оценки состояния буксовых подшипников и др.

Объединение с системой идентификации AVI.

На ж.д. сети ЮАР, Африка.

9.2. Посты комплексной инспекции вагонов ACES.

Ж.д. BHP Iron Ore, Австралия.

Пропускная способность 2000 вагонов/сутки.

Средства видео и акустичес­кого сканирования с компьютерной обработкой. Технология адаптирована из аэрокосмической отрасли к условиям ж.д.

На постах 18 датчиков приближения, микрофонные сборки, габаритные ворота, и др. оборудование комплексной оценки вагонов.

Семь компьютеров Pentium II со спец. пакетом ПО ATRO. Микрофонные сборки.

На скорости до 14 км/час измеряются: тормозные колодки, диаметр колес, зазоры между буксами и боковинами тележек, профиль колес и другие дефекты и неисправности. Считываются идентификационные номера вагонов.

На ж.д. BHP Iron Ore три поста ACES и один центр управления. На постах 22 замкнутые системы ТВ наблюде­ния.

Ежесуточно измеряя­ются с точностью до 0,5 мм геометричес­кие параметры до 10 тыс. колес и тормозных колодок.

10. Интегрированные системы путевого контроля с прогнозированием WMA.

Ассоциация путевого контроля WMA. (Wayside Monitoring Alliance).

Австралия, Бразилия, Скандинавия, США, Канада.

Цели: контроль с прогнозированием для предотвращения развития повреждений после обнаружения неисправности; обеспечение возможности своевременного технического обслуживания и ремонта подвижного состава. Компьютерное выявление тенденций изменения состояния парка подвижного состава с составлением отчетов. Выдача пользователям истинных данных, а не симптомов и оценок.

Основа: центральная система управления данными – Wayside Monitoring System – напольная система мониторинга и управления данными = WMS. Отдельные детекторные системы (от разных изготовителей) подключается отдельными линиями.

WMA разработана модель взаимосвязи повреждений в виде наглядной схемы.

Новые технологии позволяют количественно оценить дефекты подвижного состава и их последствия.

Ремонт колеса или подшипника по сигналу тревоги с перерывом движения в 6 – 8 раз дороже, чем ремонт в депо в порядке профилактического технического обслуживания.

Высокие достоверность и стабильность результатов измерений угла атаки (AoA) и вписывания в путь подтверждены при скоростях от 64 до 204 км/час (оптический контроль).

10.1. Напольная система мониторинга колес WMS.

Фирма

Teknis Electronics.

Обеспечивает интеграцию информации от специализированного напольного оборудования в единой базе данных, возможность выявления взаимосвязей между отдельными измерениями с количественной оценкой взаимодействия между такими явлениями как удары колес, нарушения геометрии и динамики тележек, повреждения подшипников и износ колес.

WMS, обеспечивая интеграцию, предоставляет информацию всем причастным подразделениям технического обслуживания и ремонта подвижного состава.

Открытая наращиваемая модульная WMS выполняет функции инфраструктуры обработки данных высокого уровня. Ядро системы – это базы данных и программы-приложения обработки и хранения данных от всех датчиков, интегрированных на уровнях поезда, вагона, тележек, осей.

WMS позволяет контролировать 13 параметров, обеспечивает широкие эксплуатационные возможности, в т.ч. выдачу данных в форме электронных таблиц: состояние колес, «история» вагона/тележки и др.

По соглашению между членами WMA с WMS могут взаимодействовать системы:

• WCM ф. Teknis;

• WheelSpec^TM ф. IMAGEMAP;

• T/BOGI^TM ф. WID;

• RailBAM^TM ф. VIPAC.

10.1.1. Система контроля состояния колес WCM.

Фирма

Teknis Electronics

Регистрирует все события в паре «колесо-рельс», обеспечивает выявление подвижных единиц, способных вызвать серьезные повреждения пути и конструктивных элементов вагонов.

В «нагрузочных ячейках» WCM объединены акселерометры и тензометры, что позволяет контролировать 100 % поверхности и обнаруживать множественные дефекты колес. Результаты контроля не зависят от нагрузки вагона, что обеспечивает контроль с прогнозированием. К путево­му процессору подключается группа датчиков: считываю­щие устройства AVI (идентификация), 10 акселеро­метров, датчики температуры, 4 колесные датчика, до 24 мостовых тензометрических схем. Частота стробирования и полосы частот выбираются динамически в зависимости от скорости поезда от 30 до 250 км/час.

Работают на трех континентах: от арктических зон до тропиков и пустынь на ж.д. для тяжеловесных грузов до высокоскоростных пассажирских линий.

10.1.2. Системы диагностических измерений профиля и износа колес серии WheelSpec.

Фирма IMAGEMAP

Высокоскоростной сбор данных о профиле и износе колес. Лазерный бесконтакт­ный метод измерений. Оборудование в путевых коробках в балластной призме. Скорости от 1 до 60 км/час. Движущееся колесо освещает­ся излучением восьми п/п лазеров с оптикой формирова­ния светового пучка в виде структурированной линии. Лазеры с управляемой длиной волны, устойчивы к ударам до 50g.

Восемь приемных камер с заслонками и матрицами на приборах с зарядовой связью (ПЗС), защищены интерферен­ционными фильтрами. Много­про­цессорная конвейер­ная архитектура, преобразова­тели изображения в цифровую форму. Сжатый воздух для поддержки чистоты линз камер и лазеров.

Может устанавливаться на перегонах и станциях, в мастерских по ремонту колесных пар.

Метод «Световое сечение» исполь­зуется для измере­ния профиля сечения колес, профиля и износа рельсов, в измери­тельных вагонах для контроля геометрических параметров пути и др.

Путевая будка 2,5 х 3 м с двумя помеще­ниями.

Компьютерная система VME и стой­ка 19” с электронной аппаратурой.

10.1.3. Система оптического контроля геометрии тележек - - TBOGI.

Фирма WID (Wayside Inspection Devices Inc), США & Канада.

Точное измерение оптическими средствами угла атаки и вписывания колесных пар в путь при скоростях до 250 км/час. Конфигурация TBOGI-HD обеспечивает также обнаружение боковой нестабильности – рыскания тележек.

Лидер в использовании оптических систем. Защищена патентами. Обеспечивает возможность выявления и анализа дефектов и введения единых порогов обнаружения неисправностей. Обеспечивает снижение числа замен колесных пар, износа рельсов, потребления энергии поездами, оптимизацию системы технического обслуживания.

Лазерные датчики на безопасном расстоянии от пути и проходящих поездов. Измерения нечувствительны к изменениям погоды.

10.1.4. Система акустического контроля подшипников RailBAM.

Компания VIPAС.

Engineering & Scientists Ltd = ООО, член WMA.

Отделения в Австралии и ЮВА.

Контроль состояния подшипников, возможность профилактического технического обслуживания на основе прогнозирования развития дефектов. (В отличие от систем контроля нагрева букс, выдающих тревожную сигнализацию типа «годен-негоден»).

Акустический метод раннего обнаружения развивающихся дефектов и тенденций их прогрессирования с класси­фикацией неисправностей, предупреждения о потенции­альной возможности отказа подшипников. Идентифи­кация неисправностей по базе данных «звуковых сигнатур», их классификация по тяжести последствий с прогнози­рованием срока службы каждого подшипника.

Раннее обнаружение при остающемся пробеге в несколько тыс. км для всех типов подшипников. При смешанном движении контроль всего парка в широком диапазоне скоростей.

Успешные испытания в Австралии и США при скоростях от 30 до 120 км/час.

Оборудование в путевых шкафах от пустынь до Арктики. Одна установка на несколько тысяч км пути. Несколько систем в стратегических пунктах могут обеспечить контроль всего парка подвижного состава.

Обнаруживает и идентифицирует шесть видов неисправностей подшипников.

Ложные тревоги отсутствуют.

Длина состава до 3 км. Условия от –30 до +50С.

11. Система

Argos Systems.

OBB-Boa AG,

Австрия.

Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH.

Стационарные измерительные пункты непрерывного контроля подвижного состава и параметров нагрузки верхнего строения пути.

Уровень 1. Устройства обнаружения сходов с рельсов во время движения.

Уровень 2. Автоматический контроль поездов: некруглость и дефекты поверхности качения колес; распределение груза; кручение рамы тележки. Контроль динамической нагрузки на колесо (усилие Q).

Уровень 3. Измерительный пункт для обеспечения безопасности при сходах с рельсов. Раннее обнаружение превышений предельных значений: нагрузки на колесо, боковых усилий на колесе, нестабильности движения вагона, отклонения ширины колеи и толщины колеса, усилий бокового смещения, «коэффициент схода с рельсов». Результаты измерений через 120 сек.

Перед тоннелями, мостами и т.п.

Нет данных об испытаниях и применении.

12. Автоматизированная диагностическая система контроля параметров колесных пар вагонов «Комплекс»

КТИ-НП

СО РАН

г. Новосибирск

Принцип действия системы основан на лазерном бесконтактном контроле геометрии движущихся трехмерных объектов с помощью триангуляционных датчиков положения.

Отличительные особенности: бесконтактное измерение геометрических параметров колеса и бандажа колесных пар подвижного состава на ходу поезда при скоростях до 60 км/час в различных климатических условиях.

Контролируемые параметры:

• толщина, ширина обода;

• расстояние между внутренними гранями колес;

• толщина гребня;

• равномерный прокат;

• диаметр колеса;

• сползание буксы.

Технические характеристики:

• погрешность измерений линейных размеров до 60 км/час

• рабочий интервал темпе­ратур от 50 до +50С

• исполнение пылевлагонепроницаемое с термостабилизацией.

Выявление износов цельнокатанных колес, повреждений торцевого крепления роликовых букс.

Передача информации на АРМ оператора ближайшего ПТО.

Результаты эксплуатации систем «Комплекс»:

Московская ж.д. (Москва-2 шт.);

Западно-Сибирская ж.д. (Омск-3 шт., Новосибирск-2 шт., Новоалтайск-1 шт.);

Красноярская ж.д. (Красноярск-1 шт.);

Восточно-Сибирская ж.д. (Тайшет-1 шт.);

Забайкальская ж.д. (Белогорск-1 шт.);

Северная ж.д. (Вологда-3 шт.).

Проконтролировано более 31 млн. колес. Отцеплено более 14 тыс. вагонов.

Статистика:

Среднее значение – 55,25 мм (толщина обода); 29,59 мм (толщина гребня).

Средний процент тревог - 0,33 % (толщина обода); 1,33 % (толщина гребня).

Подтверждаемость – 68-85% (толщина обода); 85-98% (толщина гребня).

Патентная защита и сертификация.