Испытательное и диагностическое оборудование. Измерительные системы.

Испытательное оборудование это машины, устройства или их комплексы позволяющие осуществить циклы испытаний, на всех режимах предусмотренных программой и методикой испытаний, замеры всех предусмотренных параметров и производить необходимую регулировку.

При принятии решений о применении испытательного оборудования факторы экономического характера по приоритетности уступают техническим критериям и в первую очередь достоверности результатов испытаний, соответствия параметров программе и методике испытаний, наличие сертификатов и метрологических аттестаций.

Требования к испытаниям агрегатов, узлов и систем при проведении ремонта практически полностью соответствуют аналогичным требованиям при строительстве нового подвижного состава.

Испытательное оборудование должно обеспечивать

- штатные значения параметров работы, предусмотренных нормальными условиями эксплуатации;

- экстремальные режимы испытаний, нормальное выполнение которых гарантирует надежность работы узлов и агрегатов в эксплуатации

Необходимость применения того или иного испытательного оборудования, помимо выполнения требований нормативно-технической документации, имеет и другое обоснование Экономическая эффективность заключается в исключении потерь времени и ресурсов на дополнительные работы на собранном локомотиве по регулировке отдельных агрегатов и узлов, устранению того или иного вида брака, или полной смены узла, включая исправления повреждений на смежных агрегатах.

Создание испытательных стендов, систем, станций достаточно затратный процесс, требует значительных производственных площадей, увеличивает нормативное время технологического процесса ремонта, требует затрат электроэнергии, привлечения высококвалифицированного персонала. И, тем не менее, является фактором, определяющим конкурентный потенциал и успех предприятия на рынке услуг по ремонту подвижного состава.

На ремонтных предприятиях испытательное оборудование применяется во всех видах производства. Оно имеет разные габариты и массу, разную сложность задач, различные уровни автоматизации.

Это может быть и стенд, устанавливаемый в общем технологическом потоке оборудования, так и испытательные станции представляющие комплексы оборудования, монтируемые в отдельных пролетах цехов или в отдельных зданиях. В качестве примеров в данном разделе будет рассмотрено общее устройства испытательной станции электрических машин и испытательной станции дизель-генераторов.

Диагностическое оборудование – это машины, аппараты, системы и комплексы позволяющие оценивать текущее состояние проверяемого узла, агрегата, детали, единицы подвижного состава в целом, а также определить их остаточный ресурс и потребность в проведении ремонтных работ.

Диагностическое оборудование по основным принципам работы целесообразно разделять по принципу измерений и обработки параметрических сигналов и принятию решений на две группы

Первая группа

Результаты диагностики выдаются в виде конкретных физических показателей, и (или) после обработки, по заложенному в программное обеспечение математическому аппарату, в виде их различных соотношений, в том числе безразмерных величинах. Решение о качественном состоянии принимается по соответствию результатов утвержденным нормативам.

Вторая группа.

Измеренные параметрические, часто косвенного характера сигналы строго идентифицируются по строго конкретным номерам деталей узлов, агрегатов, единиц подвижного состава, а также даты проведения замеров и отправляются в соответствующие базы данных. В процессе обработки сигналов система определяет характер изменения параметров, а также взаимодействия параметров деталей в узлах по фактору времени или пробега. Интенсивность изменения уровня величин сигналов и их взаимодействия по времени и является основным фактором оценки остаточного ресурса. Браковочные величины определяются на основании опыта, как для конкретных деталей и узлов, так и для конкретных условий эксплуатации. Достоверность решения зависит от опыта персонала и соответственно носит эмпирический характер.

Первая группа приборов и систем целесообразно применяется в эксплуатации и ремонте подвижного состава. Они достаточно достоверно определяют текущее состояние диагностируемого объекта и их соответствие утвержденным нормативам. К задачам определения остаточного ресурса, данные устройства неприменимы.

Применение приборов и систем второй группы целесообразно к применению в эксплуатации. Основная направленность принципов работы этих устройств – определение остаточного ресурса. При достаточном уровне квалификации персонала эта задача в условиях эксплуатации решается. Величина погрешности укладывается в приемлемые пределы. При этом наибольшую эффективность дает оптимальное сочетание совместного использования диагностического и испытательного оборудования.

Наиболее распространенными в ремонтном производстве являются приборы по диагностике подшипниковых устройств. Эти устройства работают в резонансном и других диапазонах частот.

Достаточно востребованы приборы по определению качества монтажа и регулировки топливной аппаратуры дизелей в первую очередь по углу опережения подачи топлива.

Весьма эффективным оказались стенды для проверки вновь изготовленных жгутов проводов разработанные и внедренные на Новосибирском электровозоремонтном заводе. Проверяется правильность распайки проводов по контактам штепсельных разъемов. Проверка ведется последовательно по всем входящим в жгуты цепям макетной сборки. Информация выводится на дисплей компьютера. В программное обеспечение включены все варианты электрических схем всех серий электровозов проходящих ремонт на заводе.

Развитие и совершенствование методики, программного обеспечения, измерительных и периферийных устройств диагностики позволит создавать приборы более точно оценивать текущее состояние и остаточный ресурс диагностируемых объектов. Главным условием при этом должно быть, то, что методика, измеряемые параметры, физические принципы измерений, нормативы и, наконец, конструктивное исполнение диагностических устройств должны определятся конструкторами – разработчиками нового подвижного состава, его агрегатов и узлов. В тех случаях, когда локомотивы оборудованы бортовыми системами и устройствами диагностики, должна быть методически совместима со стационарными системами предприятия и обеспечивать совместную работу при послеремонтных испытаниях.

Измерительные системы.

В последние годы на предприятиях по ремонту подвижного состава внедряются принципиально новые устройства – измерительные системы.

В прошедшие годы на ремонтных предприятиях широко применялись оптические измерительные устройства разработки и производства ВНИИЖТ. В частности для замера деформаций блоков дизелей по отклонению осей, для замеров деформации рам тележек и точному выставлению наличников проемов букс при их монтаже и сварке, деформации коленчатого вала.

Лазерные измерительные системы

В настоящее время широко внедряются лазерные измерительные системы, оборудованные встроенным компьютером.

Это системы, которые позволяют измерить геометрические параметры базовых узлов и деталей подвижного состава, имеющих относительно большие величины, сложную конфигурацию, многообразный характер износов и деформаций достаточно высокой точностью. Самое главное преимущество лазерных систем – возможность произвести обработку результатов измерений и архивацию результатов в электронном виде.

Измерения производятся при определении объемов ремонта, так по завершении процесса ремонта узла или детали.

Эти устройства представляют собой стенды, оснащенные лазерными измерительными устройствами и позволяющими преобразовывать сигналы измерений в цифровой вид с последующей обработкой.

Уже достаточно широко внедрены и внедряются системы измерений блоков дизелей, рам тележек, коленчатых валов дизелей, рам локомотивов.

Измерение геометрических параметров блока дизеля лазерной системой СКБД3 НПО «ИЗМЕРОН»

1. – излучающий модуль, 2 – мост оптический поворотный, 3 – центроискатель, 4 – крестовина двухопорная, 5 – тумбочка передвижная, 6 – персональный компьютер.

Программное обеспечение лазерных измерительных систем достаточно открыто и имеет большие возможности для расширения и совершенствования. Системная обработка результатов измерений дает возможности для создания виртуальной технологической базы находящейся вне пределов измеряемого объекта.

Кроме того, открывается возможность для объединения программ измерения и программ механической обработки. Если программа механической обработке блока дизеля или рамы тележки выполнена в методике параметрического программирования, то основной или вспомогательный процессор после аналитической обработки может выдать наиболее оптимальные величины снятия металла. Те в свою очередь включаются в качестве переменных параметров в программу обработки.

Одной из проблем обеспечения точности при механической обработке в ремонтном производстве является определение технологических баз. Технологические базы, применяемые при изготовлении данных агрегатов на машиностроительных предприятиях применимы с трудом или вовсе неприменимы.

Соединение в единый комплекс измерительной системы и устройств ЧПУ позволяют создавать виртуальные технологические базы, которые могут находиться даже вне изделия.

В стадии опытных образцов находятся измерительные устройства, в которых импульсный лазерный излучатель и приемник отражения находятся в одном малогабаритном корпусе. При этом само устройство имеет возможность перемещений и фиксации в строго определенных координатах трехмерного пространства с точной фиксацией для осуществления точечных замеров. Все перемещения и фиксации определяются управляющей программой. Аналогичный алгоритм измерений реализован в контрольно-измерительных машинах оснащенных тактильными датчиками и применяемыми в отдельных отраслях машиностроения для точных замеров корпусных деталей или деталей сложной конфигурации.

Результаты измерений могут быть обработаны любым удобным методом. В перспективе намечен вариант устройства, в котором в качестве рабочего органа вместо измерительного устройства будет использован дефектоскоп, работающий на приемлемых физических принципах.

Система, по сравнению с существующими, позволит снизить технологическое время на измерительные операции и расширить их возможности и гибкость применения.

Измерительные системы при ремонте колесных пар

Достаточно распространенны устройства, контролирующие геометрические параметры элементов подшипников качения. Они позволяют с высокой точностью производить замеры и отбраковку роликов, колец, сепараторов. При этом затрачивается минимальное время и практически полностью исключается человеческий фактор, а соответственно сопутствующие ошибки и субъективность.

Внедряются также автоматизированные стенды, позволяющие измерить все основные геометрические параметры колесной пары, включая профиль по кругу катания, диаметры шеек и др.

Все указанные системы и приборы имеют цифровой выход. Это позволит объединить все устройства в единую информационную систему цеха. Это позволит автоматизировать управления производством и качеством выпускаемой продукции.

Оборудование для испытания тяговых электрических маши

Обязательным этапом при изготовлении новых электрических машин, а также при проведении их капитального ремонта является процесс испытаний.

Программа и методика испытаний должны соответствовать ГОСТ «Испытания тяговых электрических машин». Причем эти требования одинаковы как для электромашиностроительных так и для ремонтных предприятий.

Оборудование испытательных станций разделяется на две группы

Энергетическое оборудование

Комплекс электрических машин или статических преобразователей, трансформаторные подстанции и их оборудование, охлаждающее и вентиляционное оборудование.

Технологическое оборудование

Испытательные стенды с пультами управления для тяговых электродвигателей (ТЭД), главных генераторов (ГГ) и вспомогательных машин

Механическая часть стендов представляет собой металлическую конструкцию, предназначенную для установки и фиксации электрической машины или совместно пары испытываемых машин.

Конструкции стендов различаются в зависимости от типов электрических машин: тяговые электродвигатели, главные генераторы, вспомогательные машины, а также от видов проводимых испытаний.

Стенды для испытаний тяговых электродвигателей.

Стенды испытаний на холостом ходу

Стенд представляет собой раму в виде металлоконструкции с местами для быстрой фиксированной установки двигателей и изолированных стоек для подключения выводов.

Стенд для испытаний под нагрузкой

Для испытаний ТЭД под нагрузкой их соединяют попарно механически концы валов через муфту, и электрически встречно включая выводы. Один из двигателей работает в режиме генератора, второй в режиме двигателя. Для компенсации потерь параллельно ТЭД подключается дополнительный источник питания – линейный генератор. В некоторых источниках ранее он назывался вольтодобавочной машиной.

В соответствии с требованиями ГОСТ к соответствующим окнам остовов ТЭД подключаются воздуховоды системы воздушного принудительного охлаждения. Расход воздуха и статическое давление должны соответствовать условиям локомотива.

К выводам главных полюсов параллельно подключают резисторы ослабления поля соответствующим по количеству и номинальному сопротивлению штатным.

На прогретых машинах снимаются данные для проверки т.н. вольтамперной характеристике, которая должная соответствовать данным паспортной универсальной характеристике завода – изготовителя.

Если для электрической машины предусмотрен реверсивный режим работы, то замеры производят при обоих направлениях вращения якоря, на всех частотах вращения предусмотренных паспортными характеристиками, отдельно при полном магнитном поле, а также для каждой ступени ослабления магнитного поля ТЭД путем подключения к главным полюсам шунтирующих резисторов.

Автоматизация процессов испытания.

На многих действующих испытательных станциях процессом испытания управляет по заданной программе компьютер.

В основные функции компьютера входит:

- обеспечение заданных параметров испытаний;

- замер и фиксация контрольных параметров;

- координация и контроль взаимодействия измерительных систем и систем автоматической защиты.

Весь процесс автоматического управления ведется в реальном масштабе времени. По окончании испытательных режимов и получения удовлетворительных результатов автоматически осуществляется распечатка протокола испытаний установленной формы.

Одновременно с этим в электронном виде ведется журнал испытаний, в котором фиксируются все параметры испытуемых машин, и оборудования испытательной станции, их отклонения включая браковочные и аварийные. Кроме того, в электронном журнале испытаний фиксируется каждый случай вмешательства извне в процесс испытаний. Во всех выше перечисленных случаях автоматически срабатывает система сигнализации.

Испытания главных генераторов тепловозов производят на одном стенде. Для испытаний под нагрузкой используется постоянный стендовый (технологический) генератор такой же конструкции и стендовый приводной двигатель, устанавливаемые на одной раме. В состав стенда также входят генераторы возбуждения испытываемого и стендового генератора с соответствующими приводами, а также устройства питания и регулирования основного приводного двигателя.

При испытаниях технологический генератор работает также в режиме генератора. Но подключается при этом встречно, чтобы обеспечить требуемую нагрузку. Оба генераторы соединяются муфтами и валами через промежуточную опору стенда. После монтажа испытуемый генератор проверяется и регулируется центровка по фланцу вала и фланцу промежуточной опоры. Проверяется также зазоры между полюсами магнитной системы и якорем. Сам процесс испытаний аналогичен процессу испытаний ТЭД.

Синхронные тяговые генераторы также испытываются также методом взаимной нагрузки на стендах аналогичной конструкции с использованием стендовых синхронных генераторов.

При отсутствии стенда с соответствующим технологическим генератором, испытания главных генераторов осуществляются на том же стенде. При этом испытуемый и стендовый генератор не подключаются друг к другу. Нагрузка генератора осуществляется методом короткого замыкания. Этот метод допускается ГОСТ, как исключение.

Вспомогательные электрические машины испытываются на стендах, предназначенных для испытания конкретного типа машины. В качестве нагрузки обычно применяют блоки резисторов.

Отдельно устанавливается стенд для вибрационных испытаний тяговых электродвигателей. Вибростенд представляет собой металлическую раму установленную на бетонном фундаменте, оборудованную устройствами установки и подключения двигателя. Для исключения влияния на замеры вибраций собственных колебаний стенда масса фундамента должна превышать массу двигателя и стенда не менее чем в пять раз. Основной замеряемый параметр – виброускорение. Замер осуществляется переносным прибором.

Оборудование для испытаний тяговых трансформаторов

На локомотиворемонтных заводах, где проходят капитальные ремонты электровозы переменного тока или двойного питания на испытательных станциях выполняются испытания тяговых трансформаторов. Оборудование стендов для испытаний трансформаторов представляет собой комплекс оборудования, который должен обеспечить выполнение предусмотренных нормативами режимов и замеры соответствующих характеристик.

В комплекс входят:

- устройства питания первичных и нагрузки вторичных обмоток трансформатора,

- автоматика поддержания параметров на всех режимах

- питания насоса охлаждающей масляной системы

- системы измерений

- устройства замеров величин и испытания электрической изоляции.

Проектирование станций велось индивидуально для каждого завода, соответственно комплект оборудования отличался разнообразием. Все зависело от того, что могли предложить предприятия электротехнической промышленности. Общим было наличие отдельного ввода высокого напряжения и отдельной трансформаторной подстанции.

Замер характеристик холостого хода, коэффициентов трансформации обусловлен лишь величинами токов и напряжений и их соответствия нормативам, особенно в части обеспечения стабильных режимов на период испытаний.

Отдельно обстоит дело обеспечения параметров испытаний при определении коэффициента полезного действия трансформаторов. Определяющим является качество синусоиды переменного тока. Это достигается только применением в составе оборудования стендов синхронных генераторов.

При применении статических преобразователей в качестве источников питания характерно импульсным или ступенчатым характером синусоиды. Это влечет за собой потери при трансформации тока из за создания ступенчатым характером возрастания или снижения напряжения наложением дополнительных колебательных гармоник влияющих на основной процесс индукции.

При испытаниях трансформаторов, в которых регулирование ведется на стороне высокого напряжения, требуются совместные испытания и регулировка синхронной работы с переключателями ступеней.

Переключения в тяговых режимах электровоза происходят под нагрузкой. И в связи с этим сам момент переключения должен происходить, когда синусоида на экране осциллографа проходит центральную ось. В этот момент напряжения на контактах переключателя равны нулю. Тем самым исключается возникновение электрической дуги между парами контактов. На пиковых значениях синусоиды напряжение может достигать 25 000в. Воздействия дуги при этом вызывают не просто повреждение поверхностей контактов, а серьезные повреждения, как переключателя, так и трансформатора. При этом возможен взрыв трансформаторного масла. Последствия при этом могут доходить до разрушения части кузова электровоза.

При испытаниях происходит настройка синхронизации измерительных систем автоматики с исполнительными механизмами привода переключателя.