CC BY
54
УДК 625.232 Ларченко Анастасия Геннадьевна,
аспирант каф. ТРТСиМ, Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел.: 638395-149, e-mail: [email protected] Филиппенко Николай Григорьевич, к. т. н., доцент каф. ТРТСиМ, Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел.: 638395-149, e-mail: [email protected] Лившиц Александр Валерьевич, к. т. н., доцент, зав. каф. ТРТСиМ, Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел.: 638395-362, e-mail: [email protected]
УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ПОЛИАМИДНЫХ СЕПАРАТОРОВ МЕТОДОМ
ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
A. G. Larchenko, N. G. Filippenko, A V Livchitc
DIAGNOSTIC DEVICE FOR POLYAMIDE SEPARATORS WITH MICROWAVE INSPECTION
Аннотация. Статья дает обоснование выбора устройства и метода диагностики полиамидных сепараторов методом высокочастотного излучения. Внедрение полиамидного сепаратора в роликовый подшипник вагонной буксы позволило увеличить нагрузку на ось колесной пары до двадцати пяти тонн. По сравнению с ранее использовавшимся латунным сепаратором, полиамидный позволил устанавливать в подшипник пятнадцать роликов вместо четырнадцати. Но с увеличением количества роликов в подшипнике и нагрузки на ось колесной пары увеличился и риск разрушения сепаратора при неправильной работе буксового узла. Причиной этого послужили физические свойства полиамида. На данный момент нет установки и технологии неразрушающего контроля сепараторов, в связи с этим при ремонте вагонов неоправданно выбраковывается большое их количество. В данной статье речь пойдет о нахождении оптимального метода и устройства неразрушающего контроля сепараторов, позволяющего выявить все виды дефектов, возникающих в процессе их изготовления и эксплуатации. Актуальность данной статьи не вызывает сомнения, поскольку её целью является разработка устройства диагностики полиамидных сепараторов, позволяющего не только выявлять дефекты, но и устранять некоторые из них. В работе приведено обоснование выбора метода высокочастотной диагностики как наиболее подходящего для проведения неразрушающего контроля именно сепараторов вагонных букс, так как от исправности этого узла напрямую зависит безопасность движения железнодорожного транспорта и жизни пассажиров и обслуживающего персонала.
Ключевые слова: роликовый подшипник, полиамидный сепаратор, полиамид, полимер, диагностика, дефекты, высокочастотное излучение, высокочастотная диагностика.
Abstract. The article gives the grounds rationale for selecting the device and method of polyamide cages diagnosis by high-frequency radiation. Introduction of polyamide separator roller bearing axle box wagon allowed increasing the load on the wheelset axle to twenty-five tons. Compared to the previously used brass cage, polyamide allowed to install fifteen bearing rollers instead of fourteen. But with the increasing amounts of rollers in the bearing and axle wheelset, and increased risk of fracture in the separator malfunction axle unit. The reason for this were the physical properties of polyamide. At the moment, there is no installation and NDT technology separators, in this regard, the repair of cars is rejected unnecessarily large amount of them to. In this article, we will focus on finding the optimal method and apparatus for non-destructive control separators detect all defects arising during manufacture and operation. The relevance of this article is not in doubt, since its goal is to develop diagnostic devices polyamide cages, which allows not only to detect defects but also to eliminate some of them. We give a rationale for the selection of high-frequency method of diagnosis, as the most appropriate for non-destructive testing is separators wagon axle box as on the serviceability of the node directly affects the safety of the railway transport and the lives of passengers and staff.
Keywords: roller bearing cage polyamide, polyamide polymer, diagnostics, defects, high-frequency radiation, high-diagnosis.
Введение. Актуальность исследования. Постановка задачи
Буксовый узел является важнейшим элементом ходовых частей вагона, от надежности буксового узла во многом зависит безопасность движения поездов. Наиболее ответственной деталью буксового узла является подшипник, который все нагрузки, действующие на буксу, передает шейке оси колесной пары. Буксовые узлы отечественных вагонов, а также современных конструкций зарубежных вагонов оборудованы подшипниками качения (роликовыми подшипниками). Это связано с тем, что роликовые подшипники обеспечивают реализацию высоких скоростей движения и осевых нагрузок, а также более надежны и экономичны в эксплуатации. В вагонных буксах применя-
ются цилиндрические подшипники и двухрядные конические подшипники кассетного типа.
Цилиндрический роликовый подшипник состоит из внутреннего и наружного колец. Между ними находятся ролики, удерживаемые в сепараторе на одинаковом расстоянии один от другого.
Ранее сепараторы подшипников качения изготовлялись из цветных сплавов, но наряду с изменениями последних десятилетий, произошедшими с конструкцией подвижного состава, произошли и значительные изменения в конструкции подшипников буксовых узлов. На смену латунным сепараторам пришли полимерные, изготовленные из композитных армированных стекловолокном полиамидов марки «Армамид» ПА СВ 30-1ЭТМ, «Технамид» Б-СВ30 и др. Коррозионная стой-
Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. Экономика и управление
ш
кость, высокая удельная прочность, антимагнитные свойства и технологичность позволяют использовать их взамен цветных металлов, нержавеющих сталей и других конструкционных материалов.
Для определения годности, полиамидные сепараторы подвергаются растяжению на специальных установках. Наибольшее применение нашел прибор неразрушающего контроля полиамидных сепараторов, входящих в состав роликовых подшипников буксовых узлов КС 221А [1]. Прибор представляет собой блок, на верхней поверхности которого установлены вращающаяся платформа и проходной измерительный преобразователь. Разделение сепараторов на годные и негодные осуществляется посредством автоматического допускового контроля прогиба горизонтальных перемычек всех 15 окон контролируемого сепаратора посредством приложения одинаковых распирающих усилий на эти перемычки. Подвижной измерительный преобразователь фиксирует величину перемещения штока пневмоцилиндра, создающего необходимое распирающее усилие. На основании сравнения значений 15 перемещений делается вывод о годности (негодности) контролируемого сепаратора. Предельно допустимая погрешность прибора КС 221А равна 10 %. Кинематическая схема прибора представлена на рис. 1.
Необходимо отметить, что испытуемый сепаратор подвергается механическому воздействию при работе данного прибора, что приводит к развитию скрытых дефектов. В связи с этим существует ограничение диагностирования и дефектоскопии полиамидных сепараторов, что определено телеграммой № 2306, представленной на рис. 2.
Рис. 1. Кинематическая схема дефектоскопа БД - базовый (посадочный) диаметр сепаратора на планшайбе; ПШ - планшайба; ДД - делительный диск; ДП - датчик положения планшайбы с сепаратором; ДП2 - датчик положения сепаратора на рабочей позиции;
ДП3, ДП4 - датчики положения ПНП;
М1, М2 - электродвигатели; ШП - шпонка фиксации сепаратора
Из рис. 2 можно сделать вывод, что пригодность сепараторов определяется на сегодняшний день по субъективным параметрам операторов участка ремонта подшипников ВЧД.
В ряде случаев диагностика - последняя и единственно возможная технологическая операция, позволяющая выявлять недопустимые дефекты в технических объектах и тем самым предотвращать возникновение чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте. Поэтому в качестве цели исследования авторами был поставлена проблема диагностики полиамидных сепараторов
1733=1'
К
У
ИЗ MUC ЬР 2Ш lb.12.02
¡1№ [ЮШ1СИ=
ÜC&i tí. ¿L ЕЧЬ. ЛВЧЛ РиССИИ
кипи* шт■ tпочтойк
в СЖГШСШШ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ИССЛЕДОВАНИИ. ПР0£Е££НННХ &-УЖ OJkWECTHÜ С ГЮШИПНИКОВЫМИ ЗАВОДАМИ И С УЕЛЫЗ ПОВ&сг^Я КАЛЫЮСГИ РАБОТЫ РОЛИКОВЫХ полдопнмов внести изменэйя 3 ПУНКТ Ъ.2.2.1 ИНСТРУКТИВНЫХ УКАЗАНИЙ 3-USPK: ЛОСЯЕГНЙЙ A53.-Ü ИСКЛЮЧИТЬ И ЗАМЕНИТЬ АБЗАЦЕМ СЛЕДУзишВП) СОДЕРЖАНИЯ: ' ПиГИАНКДКаН СЕПАРАТОР tí ФСНАТРИВАШ СЯ
£ЯЗУА;ЗЬН0 НА НАЛИЧИЕ ТРБЫИН« РАЗРЫВОВ. СШОЕ И МЯХАЖЩСШ. ШЙРКЛйЕНИИ, РАСТЯЖЕНИЕ СЕПАРАТОРОВ НЕ ПРОИЗВОДИТЬ'. КЗН£п£НИЯ 8СТУПАКТ В СИЛУ с момента получения ТЕЛЕГРАММ^.:
ÜBKtH/14 ¿АН ш JVUPMJÜfH
ujj ьйчкАрьь- xzrz.T" : *
Рис. 2. Ограничение при дефектоскопии полиамидных сепараторов
роликовых подшипников.
Описание исследования
В ходе исследования авторы разработали на базе ВЧ установки модели УЗП 2500 устройство неразрушающего контроля и диагностики полиамидных сепараторов методом высокочастотного излучения.
Диагностика полиамидных сепараторов проводится с использованием высокочастотного излучения. Предлагаемый метод основан на создании токами высокой частоты проникающего электромагнитного поля, в результате воздействия которого на поверхности объекта контроля и внутри него появляются микроразряды (скачкообразное увеличение электрической проводимости) в местах повреждений, непроваров, пустот, пор и других дефектов. Микроразряды фиксируются датчиками, установленными непосредственно в зоне рабочего конденсатора, куда предварительно помещаются объекты контроля.
Для технологии диагностирования физико-механических параметров полиамидных сепараторов одним из определяющих показателей является глубина ВЧ-проникновения и напряженность создаваемого им электромагнитного поля. Поэтому была рассмотрена зависимость глубины проникновения А электромагнитной волны (ЭМВ) и напряженность электрического поля Е в зависимости от изменения частоты f поля. При этом за постоянную величину была принята удельная мощность [2].
Расчетная зависимость глубины проникновения А ЭМВ и напряженности электрического поля Е от частоты f в полимере представлена на рис. 3.
Глубина проникновения А соответствует такой толщине диэлектрика, при которой мощность
электромагнитного поля уменьшается в е раз по сравнению с её значением на поверхности [3] и рассчитывается по формуле (1)
Д = -
о • (1)
Удельная мощность диэлектрических потерь Руд, выделяющаяся в единице объема диэлектрика, определяется по формуле [3]
Руй= 5,53 ■Ю-11 ■ Е2 ■ /-г-, (2)
где Руд• - удельная мощность диэлектрических потерь, Вт/см3;
Е - напряженность электрического поля,
В/м;
/ - частота поля, Гц;
е - относительная диэлектрическая проницаемость;
tg5 - тангенс угла диэлектрических потерь.
Из приведенных расчетов зависимости глубины проникновения А ЭМВ и напряженности электрического поля Е от частоты f в полиамиде видно уменьшение напряженности электрического поля с увеличением частоты излучения, но при этом наблюдается значительное (более интенсивное) снижение глубины проникновения ЭМВ в материал с увеличением частоты излучения, что отрицательно сказывается на равномерности проведения неразрушающего контроля. Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о целесообразности использования оптимальной частоты 27,12 МГц в ВЧ-диагностировании, при которой происходит максимальное воздействие по всей глубине диэлектрического материала. Данная частота разрешена к промышленному (электротермическому) использованию в России.
Разработанное авторами устройство представлено на рис. 4. Устройство для диагностики
Рис. 3. График глубины проникновения ЭМВ и напряженности поля
полиамидных сепараторов работает следующим образом. Подключают генератор (4) к сети. Опускают и фиксируют гайками (10) верхнюю плиту (11) устройства таким образом, чтобы ее поверхность прилегала к сепаратору (16) и электродам (14, 15), устанавливают время диагностики на реле (2). Затем сепаратор охватывают электродами по верхней, нижней и внутренним боковым поверхностям перегородок, создавая тем самым рабочие конденсаторы, где материал сепаратора (полиамид) выступает в качестве диэлектрика. Объект контроля (16) и электроды (14, 15) помещают на рабочий стол (13) устройства в пространство между высокопотенциальной (11) и заземленной (12) плитами. Опускают пресс (3), закрывают защитный экран (9). Далее запускают рабочую программу регистрации, включают генератор (4), выдерживают заданное время, затем установка автоматически отключается, защитный экран (9) открывается.
Полученные данные в режиме реального времени передаются на ПК в виде графиков изменения анодного тока. Программа регистрации позволяет провести анализ изменения физико-
механических характеристик полимерных материалов по характеру изменения анодного тока. Показания анодного тока, полученные в процессе диагностики, представлены на рис. 5.
Отображенные данные представляют показания в режиме реального времени, но биение и частое колебание анодного тока не позволяют с уверенностью судить о состоянии объекта контроля. Одновременно в процессе исследований было обращено внимание на возможность отстраивания от негармонических колебаний, не соответствующих действительным показаниям процесса обработки полимеров.
Для решения этой задачи был написан фильтр низких частот в программе Arduino, код программы написан ниже.
Основа для программы фильтра низких частот (скользящая средняя), написанная для МК CraftDuino:
int i, f=2000;
float sum1=0, sum2=0, sum3=0 ... sum29=0, sum30=0, a;
void setup {Serial. begin (115200);}
void loop {for (i=1; i<=f; i++)
Рис. 4. Устройство диагностики полиамидных сепараторов методом высокочастотного излучения
Рис. 5. Данные, полученные в процессе диагностики полиамидного сепаратора
{a=analogRead(0); sum30=sum30+a;}
Serial. println((sum1+sum2+sum3+...+ sum29+sum30)/f/30);
sum1=sum2;sum2=sum3.. ,sum29=sum30;sum
30=0;}
В общем случае взвешенные скользящие средние вычисляются по формуле
WWMAt ^ТоЧ-i • Pt - , (3)
где WWMAt - значение взвешенного скользящего среднего в точке t;
n - количество значений исходной функции для расчёта скользящего среднего;
- нормированный вес (весовой коэффициент) / /-го значения исходной функции;
- значение исходной функции в момент времени, отдалённый от текущего на I интервалов.
Нормирование весовых коэффициентов означает, что
V" - ф, , = 1.
1=0--1 -■ (4) Указанную выше формулу с произвольными значениями весовых коэффициентов можно переписать в виде
WWMA =-
V ИХ 1 • Pt-
(5)
Весовые коэффициенты в формулах (3) и (5) соотносятся как
Ж
со, , =--. (6)
Уп-1ж
/-И=0 1
Простое скользящее среднее, или арифметическое скользящее среднее, численно равно среднему арифметическому значений исходной функции за установленный период и вычисляется по формуле
у;:„р,-,=р'+Р~ 2*. (7)
п 1 =0 п у '
Полученное значение простой скользящей средней относится к середине выбранного интервала, однако традиционно его относят к последней точке интервала.
Из предыдущего своего значения простое скользящее среднее может быть получено по следующей рекуррентной формуле:
Рг-п , Рг
SMAt = SMAм --
(8)
п п
Данной формулой удобно пользоваться для избегания регулярного суммирования всех значений.
Например, простое скользящее среднее для временного ряда с количеством периодов, равным 10, вычисляется как
SMAt =V Pt-i =
Pt-10 | Pt_ 1 0 1 0
(9)
После обработки данных полученных МК с фильтром низких частот мы получили следующую картину рис. 6.
На рис. 5 представлены усредненные показания анодного тока по 30 периодам, в которых считалось среднее значение массива из 2000 данных. Как видно из этого рисунка, проводить диагностику стало намного проще. В самом начале заметен скачек анодного тока - это момент включения установки. Далее он устанавливается в нормальный режим, и выдерживается заданное время, затем прерывается.
В ходе исследования также проведены работы по определению характера дефекта. Анализ идентичных образцов при одинаковых условиях (на образцах искусственно нанесены различные дефекты (трещины, поры, инородные включения, влага) в одних и тех же координатах) позволил
Рис. 6. График изменения анодного тока после обработки данных МК с фильтром низких частот
i=0
Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. Экономика и управление
ш
идентифицировать изменения физико-механических характеристик полимерных материалов по характеру изменения анодного тока, а также составить графическую базу данных (эталоны), которая в дальнейшем упрощает определение характера дефекта при диагностике полиамидных сепараторов. Так, например, динамическому скачкообразному повышению анодного тока (рис. 7) соответствует наличие металлических включений в исследуемом образце.
Динамическое повышение тока с последующим его достаточно быстрым снижением (рис. 8) позволяет диагностировать присутствие повышенной влаги в исследуемом полимере.
Практическая значимость. Заключение
Устройство диагностики полиамидных сепараторов методом высокочастотного излучения позволяет выявить состояние сепаратора. Разработанный метод впервые реализует возможность проведения электрической спектроскопии и ди-элькометрической влагометрии при непосредственном проведении технологического процесса диагностики изделий из полиамидных материалов. Данное устройство и ВЧ-метод позволяют с более высокой точностью проводить диагностику без механического воздействия на полиамидный сепаратор, достоверно определять характер дефекта, а также снижать время и затраты на испытание и, как показано в работе [5], за счет реализации процесса сушки восстанавливать свойства полиамида.
195,3125 196,875 198,4375 200 201,5625
Рис. 7. Данные полученные в результате диагностики образца с металлическими включениями
Рис. 8. Данные полученные в результате диагностики образца с повышенной влажностью
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Формуляр МКИЯ.427158.002Ф0.
2. Определение физико-механических параметров полимерных материалов при высокочастотном диэлектрическом нагреве в электротермических установках / А.Г. Ларченко и др. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 2 (38). С. 150-156.
3. Челидзе Т.Л., Деревянко А.П., Курыленко О.Д.
Электрическая спектроскопия гетерогенных систем. Киев: Наукова думка, 1977. 231 с.
4. Юленец Ю.П., Марков А.В. Определение тангенса угла диэлектрических потерь и влагосодержания по параметрам режима установки высокочастотного нагрева // Изв. вузов Сер.: Приборостроение. 1997. Т.40, №5. С. 60-65.
5. Восстановление подшипников буксовых узлов подвижного состава ОАО РЖД / Думчев И.С. и др. // Молодой ученый. 2012. № 12 (47) С. 48-51.
УДК 69.003.13 Бутина Наталья Ивановна,
программист кафедры «Экспертиза и управление недвижимостью» Института архитектуры и строительства, Иркутский государственный технический университет,
тел. (3952) 40-54-12 Ильичев Иван Викторович, аспирант кафедры «Экспертиза и управление недвижимостью» Института архитектуры и строительства, Иркутский государственный технический университет,
тел. (3952) 40-54-12, 67-12-27, e-mail: [email protected] Ямщикова Ирина Валентиновна, к. э. н., профессор кафедры «Экспертиза и управление недвижимостью» Института архитектуры и строительства, Иркутский государственный технический университет,
тел. (3952) 40-54-12
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ
УПРАВЛЕНЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ
N. I. Butina, I. V. Ilyichev, I. V. Yamshikova IMPROVEMENT OF METHODS FOR DESIGNING INNOVATIVE MANAGEMENT PROJECTS
Аннотация. В работе определено направление совершенствования методов проектирования управленческих проектов, поставлены задачи хода реализации проекта, которые обеспечивают основу для координации работ оперативного планирования и управления. Определены основные задачи хода реализации проекта, рассмотрен порядок контроля для оценки качества на соответствие запланированным характеристикам. Рассмотрены характеристики, на основе которых идет сравнение плановых и фактических показателей для оценки эффективности методов проектирования инновационных управленческих процессов.
Основные причины, ведущие к дополнительным затратам и усложнению эксплуатации санитарно-технических систем
зданий:
- недостаточно развитая техническая база гражданских проектных институтов и несовершенная технология проектирования,
- слабая предпроектная проработка многих вопросов, поставленных заказчиком в техническом задании на проектирование,
- одновариантность (как правило) инженерных решений.
Показаны направления внедрения информационных технологий для совершенствования процесса проектирования.
В соответствии с перечисленными в работе целями рассмотрены задачи, которые должны быть поставлены и впоследствии решены. К основным из них отнесены создание технической базы в проектном институте, обеспечение эксплуатации современных программных средств, а также построение цифровой модели единого информационного пространства проектного института и служб заказчика для быстрого решения технических вопросов.
Ключевые слова: управление проектами, реализация проекта, методы проектного управления, диаграмма Ганта, проектная документация, параметры проекта.
Abstract. In this paper we determine the direction of improving the methods of design management projects. The implementation of the project if defined, which provide a framework for coordination of operational planning and management. The main problems of the implementation of the project are considered. Ways to evaluate the quality control to meet the planned performance are defined. The characteristics are considered, based on which it is possible to compare planned and actual performance to assess the effectiveness of methods of designing innovative management processes.
As the main reasons for conducting to additional expenses and complication of operation of sanitary systems of buildings are
called:
- insufficiently developed technical base of civil design institutes and imperfect technology of design,
- weak predesign study of many questions raised by the customer in the specification on design,
- engineering decisions one-alternativeness (usually).
The direction of introduction of information technology to improve the design process is shown.
According to the listed purposes tasks which have to be put are considered and subsequently are solved. Creation of technical base at design institute, ensuring operation of modern software, and also creation of digital model of a common information space of design institute and services of the customer for the fast solution of technical questions are referred to the main of them.
Keywords: project management, project implementation, project management methods, Gantt chart, project documentation, project settings.
