RU2391656C2 - Acoustic-emission method of diagnosing bearing rings of axle unit of railway vehicle and device for realising said method - Google Patents
Acoustic-emission method of diagnosing bearing rings of axle unit of railway vehicle and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2391656C2 RU2391656C2 RU2008126353/28A RU2008126353A RU2391656C2 RU 2391656 C2 RU2391656 C2 RU 2391656C2 RU 2008126353/28 A RU2008126353/28 A RU 2008126353/28A RU 2008126353 A RU2008126353 A RU 2008126353A RU 2391656 C2 RU2391656 C2 RU 2391656C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- analog
- ring
- acoustic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю колец подшипников буксового узла железнодорожного транспортного средства с использованием метода акустической эмиссии.The invention relates to non-destructive testing of bearing rings of an axle box assembly of a railway vehicle using the acoustic emission method.
Известен способ диагностирования конструкций, включающий регистрацию широкополосных акустических сигналов и их волновой формы, оцифровку волновой формы акустических сигналов, вычисление по ней спектра акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат их источников, анализ параметров акустических сигналов и оценку степени опасности источников этих сигналов как потенциальных дефектов диагностируемой конструкции. Кроме того, регистрацию времени прихода акустических сигналов и определение по нему координат их источников производят по частоте дискретизации быстродействующих аналого-цифровых преобразователей, которую синхронизируют по всем приемным каналам системы, а фильтрацию помех, анализ параметров акустических сигналов и оценку степени опасности источников этих сигналов дополнительно производят по вычисленным спектрам акустических сигналов с учетом одновременно вычисляемых координат их источников, причем операции вычисления спектра акустических сигналов, вычисления координат их источников, предварительной обработки акустических сигналов, фильтрации помех, анализа параметров акустических сигналов и оценки степени опасности источников акустических сигналов выполняют параллельно на распределенных по локально-вычислительной сети процессорах многоканальных модулей регистрации и предварительной обработки акустических сигналов и модулей анализа акустических сигналов под управлением операционной системы реального времени (патент РФ. № 2141655, МПК 6 G01N 29/14, приоритет от 24.11.98 г., БИ № 32, 1999 г., принятый за аналог).A known method for diagnosing structures, including registration of broadband acoustic signals and their waveforms, digitizing the waveform of acoustic signals, calculating the spectrum of acoustic signals from it, their preliminary processing, filtering interference, recording the time of arrival of acoustic signals and calculating the coordinates of their sources, analysis of parameters acoustic signals and hazard assessment of the sources of these signals as potential defects of the diagnosed design. In addition, the time of arrival of acoustic signals is recorded and the coordinates of their sources are determined by the sampling frequency of high-speed analog-to-digital converters, which are synchronized across all receiving channels of the system, and noise filtering, analysis of the parameters of acoustic signals and assessment of the degree of danger of the sources of these signals are additionally performed from the calculated spectra of acoustic signals taking into account simultaneously calculated coordinates of their sources, and the operations of calculating the spectrum of ac acoustic signals, calculating the coordinates of their sources, preliminary processing of acoustic signals, filtering interference, analyzing the parameters of acoustic signals and assessing the degree of danger of sources of acoustic signals are performed in parallel on multichannel registration and preprocessing modules of acoustic signals and acoustic signal analysis modules distributed over a local area network running a real-time operating system (RF patent. No. 2141655, IPC 6 G01N 29/14, priority dated 11.24.98, BI No. 32, 1999, adopted as an analogue).
Недостатком данного способа является следующее обстоятельство. Способ предусматривает регистрацию и цифровую обработку широкополосных акустических импульсов в реальном времени. Он совмещает возможности анализа традиционных параметров акустической эмиссии и определения координат дефектов с анализом формы и спектра импульсов и обеспечивает выполнение операций предварительной обработки и критериального анализа акустической информации в режиме экспресс-анализа, т.е. непосредственно в ходе проведения акустико-эмиссионного контроля. Однако данный способ может быть реализован только при небольшой скорости счета. Если же поток регистрируемых сигналов большой, что встречается часто при акустико-эмиссионной диагностике металлических конструкций, то данный способ не реализуем непосредственно в ходе проведения эксперимента.The disadvantage of this method is the following circumstance. The method provides for the registration and digital processing of broadband acoustic pulses in real time. It combines the capabilities of analyzing the traditional parameters of acoustic emission and determining the coordinates of defects with the analysis of the shape and spectrum of pulses and provides preliminary processing and criterial analysis of acoustic information in express analysis mode, i.e. directly during the acoustic emission control. However, this method can only be implemented at a low count rate. If the flow of recorded signals is large, which is often found in acoustic emission diagnostics of metal structures, then this method is not implemented directly during the experiment.
Известно многоканальное акустико-эмиссионное устройство для контроля изделий, состоящее из 1…n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящих из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, пикового детектора, а также содержит цифроаналоговый преобразователь, компаратор, оперативное запоминающее устройство, шину компьютера, последовательно соединенные коммутатор каналов, основной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, причем четыре входа коммутатора каналов соединены с выходами фильтров каналов. Кроме того, в устройстве выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого цифрового мультиплексора, управляющий вход которого соединен с первым выходом устройства управления, выходы первого цифрового мультиплексора подключены к двум оперативным запоминающим устройствам, выходы которых соединены с входами второго цифрового мультиплексора, а управляющие входы оперативных запоминающих устройств объединены и подключены ко второму выходу устройства управления, третий выход устройства управления подключен к управляющему входу второго цифрового мультиплексора, а в каждом канале выход пикового детектора соединен с неинвертирующим входом компаратора, а к инвертирующему входу компаратора каждого канала подключен выход цифроаналогового преобразователя, входы цифроаналоговых преобразователей объединены и соединены с первым выходом микропроцессора, выходы компараторов соединены с входами микропроцессора, шина ввода-вывода которого соединена с первой шиной ввода-вывода устройства управления, вторая шина ввода-вывода устройства управления объединена с выходной шиной второго мультиплексора и соединена с шиной компьютера (патент РФ № 2300761, МПК G01N 20/04, приоритет от 21.10.2001 г., БИ № 16, 2007 г., принятый за аналог).Known multi-channel acoustic emission device for monitoring products, consisting of 1 ... n blocks, each of which contains four measuring channels, consisting of a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, peak detector, and also contains a digital-to-analog transducer, comparator, random access memory device, computer bus, series-connected channel switch, main amplifier, analog-to-digital converter, with four switch inputs The channel ora are connected to the outputs of the channel filters. In addition, in the device, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the first digital multiplexer, the control input of which is connected to the first output of the control device, the outputs of the first digital multiplexer are connected to two random access memory devices, the outputs of which are connected to the inputs of the second digital multiplexer, and the control inputs random access memory devices are combined and connected to the second output of the control device, the third output of the control device is connected to the control the input of the second digital multiplexer, and in each channel the output of the peak detector is connected to the non-inverting input of the comparator, and the output of the digital-to-analog converter is connected to the inverting input of the comparator of each channel, the inputs of the digital-to-analog converters are combined and connected to the first output of the microprocessor, the outputs of the comparators are connected to the inputs of the microprocessor, the input / output of which is connected to the first input / output bus of the control device, the second input / output bus of the control device is combined with the output bus of the second multiplexer and connected to the computer bus (RF patent No. 2300761, IPC G01N 20/04, priority dated October 21, 2001, BI No. 16, 2007, adopted as an analogue).
К недостаткам данного устройства относится отсутствие автоматической калибровки, которая позволяет определять диаметр кольца подшипника, поскольку по диаметру кольца выбирается необходимая нагрузка. Кроме того, в данном устройстве невозможно осуществлять отбраковку колец подшипников, так как не обеспечивается определение превышения порогового уровня по скорости счета и амплитуде регистрируемых сигналов акустической эмиссии.The disadvantages of this device include the lack of automatic calibration, which allows you to determine the diameter of the bearing ring, since the required load is selected by the diameter of the ring. In addition, in this device it is not possible to reject bearing rings, since it is not possible to determine if the threshold level is exceeded by the count rate and the amplitude of the recorded acoustic emission signals.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ акустико-эмиссионного контроля колец подшипников буксового узла, заключающийся в том, что на кольцо подшипника устанавливают акустические преобразователи, нагружают кольцо подшипника сжимающей монотонно увеличивающейся механической нагрузкой, измеряют величину механической нагрузки в зависимости от времени и регистрируют сигналы акустической эмиссии, осуществляют их оцифровку, предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода сигналов акустической эмиссии и определение по ним координат развивающихся дефектов и значения коэффициента К, характеризующего скорость изменения активности сигналов акустической эмиссии, после чего осуществляют два аналогичных нагружения кольца, предварительно повернув его вокруг оси на 30° и при превышении коэффициентом К критического значения Kкр, кольцо бракуют (Бехер С.А., Тенитилов Е.С. Зависимость числа импульсов АЭ при механических испытаниях колец подшипников буксового узла. - Дефектоскопия. - 2006. - № 8. - С.54-62, принятый за прототип).Closest to the proposed solution is a method of acoustic emission monitoring of axlebox bearing rings, consisting in the fact that acoustic transducers are installed on the bearing ring, the bearing ring is loaded with a compressing, monotonically increasing mechanical load, the value of the mechanical load is measured depending on time, and acoustic emission signals are recorded , carry out their digitization, pre-processing, filtering interference, recording the time of arrival of acoustic signals mission and defining thereon coordinates of developing defects and the K value indicative of the rate of change of activity of acoustic emission signals and then perform two similar loading rings pre rotating it around an axis 30 ° and coefficient exceeds the critical value K cr ring is rejected ( Becher S.A., Tenitilov E.S. Dependence of the number of AE pulses during mechanical tests of axlebox bearing rings. - Flaw detection. - 2006. - No. 8. - P.54-62, adopted as a prototype).
К недостаткам рассмотренного способа относится то, что кольцо нагружается в дискретном числе точек. Небольшое число дискретных точек связано с большим углом поворота кольца и может привести к пропуску дефектов. Увеличение числа дискретных точек приложения силы приводит к уменьшению угла поворота и к уменьшению вероятности пропуска дефектов. Однако при этом увеличивается время контроля. Кроме того, активность источников сигналов акустической эмиссии существенно зависит от величины максимальных растягивающих напряжений, возникающих в материале кольца подшипника при его нагружении. Следовательно, для обеспечения одинаковой вероятности выявления дефектов во всем объеме кольца подшипника необходимо при нагружениях обеспечить равные величины напряжений во всем его материале. Распределение механических напряжений в кольце подшипника является существенно неравномерным с локальными максимумами растягивающих напряжений на внутренней стороне кольца под углами φ=0° и φ=180° к точкам приложения нагрузки. При этом напряжения, необходимые для того, чтобы дефекты себя акустически проявили, реализуются только в секторах от -Δφ до Δφ и от (180°-Δφ) до (180°+Δφ).The disadvantages of the considered method include the fact that the ring is loaded in a discrete number of points. A small number of discrete points is associated with a large angle of rotation of the ring and can lead to the omission of defects. An increase in the number of discrete points of application of force leads to a decrease in the angle of rotation and to a decrease in the probability of missing defects. However, this increases the control time. In addition, the activity of acoustic emission signal sources substantially depends on the maximum tensile stresses arising in the material of the bearing ring when it is loaded. Therefore, to ensure the same probability of detecting defects in the entire volume of the bearing ring, it is necessary to ensure equal stresses in all of its material during loading. The distribution of mechanical stresses in the bearing ring is substantially uneven with local maxima of tensile stresses on the inner side of the ring at angles φ = 0 ° and φ = 180 ° to the points of load application. In this case, the stresses necessary for the defects to acoustically manifest themselves are realized only in the sectors from -Δφ to Δφ and from (180 ° -Δφ) to (180 ° + Δφ).
Таким образом, в известном способе достоверность результатов контроля низкая, поскольку практически невозможно обеспечить равномерную чувствительность, а следовательно, вероятность выявления дефектов по окружности кольца подшипника.Thus, in the known method, the reliability of the control results is low, since it is almost impossible to ensure uniform sensitivity, and therefore the probability of detecting defects around the circumference of the bearing ring.
Наиболее близким по технической сущности является многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностирования колесных пар железнодорожного подвижного состава, состоящее из 1…n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящих из последовательно соединенных акустического преобразователя и предварительного усилителя, фильтра, программируемого основного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, а также содержит генератор калибровочных импульсов и последовательно соединенные оперативное запоминающее устройство, устройство управления, выход которого соединен с шиной компьютера, которая, в свою очередь, соединена с центральным процессором компьютера, два ключа, причем первый вход первого ключа соединен и выходом акустического преобразователя, а второй вход первого ключа соединен со вторым входом второго ключа и входом двухпозиционного ключа, первый вход второго ключа соединен с выходом предварительного усилителя, с выхода предварительного усилителя через замкнутые второй и двухпозиционный ключи сигналы акустической эмиссии поступают на вход фильтра, при этом первый выход двухпозиционного ключа соединен с последовательно соединенными фильтром, программируемым основным усилителем, аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен со входом цифрового мультиплексора, а второй выход двухпозиционного ключа соединен с выходом генератора калибровочных импульсов, вход которого соединен с первым выходом устройства управления. Кроме того, выход программируемого усилителя соединен с узкополосным перестраиваемым фильтром, выход которого соединен со входом компаратора, выход которого соединен с соответствующим входом счетчика времени прихода, выход которого двунаправленной шиной соединен со вторым входом устройства управления, а управляющие входы двухпозиционных ключей объединены и соединены с третьим управляющим входом устройства управления, а управляющие входы программируемых усилителей объединены и соединены с четвертым входом устройства управления (см. патент РФ № 2296320, МПК G01N 29/04, приоритет от 07.09.2005 г., БИ № 9, 2007 г., принятый за прототип).The closest in technical essence is a multi-channel acoustic emission device for diagnosing wheelsets of railway rolling stock, consisting of 1 ... n blocks, each of which contains four measuring channels, consisting of a series-connected acoustic transducer and pre-amplifier, filter, programmable main amplifier, analog-to-digital Converter, and also contains a generator of calibration pulses and series-connected operational memory a detecting device, a control device, the output of which is connected to the computer bus, which, in turn, is connected to the computer’s central processor, two keys, the first input of the first key being connected to the output of the acoustic transducer, and the second input of the first key connected to the second input of the second key and the input of the on-off key, the first input of the second key is connected to the output of the pre-amplifier, from the output of the pre-amplifier through the closed second and on-off keys, acoustic emission signals enter the filter input, while the first output of the on-off switch is connected to a series-connected filter, a programmable main amplifier, an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the digital multiplexer, and the second output of the on-off switch is connected to the output of the calibration pulse generator, the input of which is connected to the first output of the control device. In addition, the output of the programmable amplifier is connected to a narrow-band tunable filter, the output of which is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the corresponding input of the arrival time counter, the output of which is connected by a bi-directional bus to the second input of the control device, and the control inputs of the on-off keys are combined and connected to the third the control input of the control device, and the control inputs of programmable amplifiers are combined and connected to the fourth input of the control device (with . RF patent number 2296320, IPC G01N 29/04, priority of 07.09.2005, at BI № 9, 2007, taken as a prototype).
К числу основных недостатков данного устройства следует отнести низкие быстродействие и достоверность контроля, так как в прототипе отсутствует автоматическое определение превышения порогового уровня по скорости счета и амплитуде сигналов акустической эмиссии. Это не позволяет обнаруживать дефекты в реальном режиме времени при проведении контроля колец подшипников.Among the main disadvantages of this device should be attributed to the low speed and reliability of the control, since the prototype does not automatically detect exceeding the threshold level by the count rate and the amplitude of the acoustic emission signals. This does not allow the detection of defects in real time during the inspection of bearing rings.
При разработке заявляемого акустико-эмиссионного способа диагностирования колец подшипников буксового узла железнодорожного транспортного средства и устройства для его осуществления была поставлена задача по повышению достоверности контроля и увеличению быстродействия.When developing the inventive acoustic emission method for diagnosing bearing rings of the axle box assembly of a railway vehicle and a device for its implementation, the task was to increase the reliability of control and increase speed.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом акустико-эмиссионном способе диагностирования колец подшипников буксового узла железнодорожного транспортного средства, заключающемся в том, что на кольцо подшипника устанавливают акустические преобразователи, механически нагружают кольцо подшипника и одновременно регистрируют акустическими преобразователями сигналы акустической эмиссии, осуществляют их оцифровку, предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода сигналов акустической эмиссии и определение по ним координат развивающихся дефектов, при достижении максимальной нагрузки непрерывно осуществляют поворот кольца подшипника на угол 180° и регистрацию сигналов акустической эмиссии осуществляют с учетом угла поворота кольца, определяют при этом параметр браковки
где ΔN - число сигналов акустической эмиссии; Δφ - угол поворота кольца, который сравнивают с критическим значением для данного типа и размера кольца, определяемым из выражения:where ΔN is the number of acoustic emission signals; Δφ is the angle of rotation of the ring, which is compared with a critical value for a given type and size of the ring, determined from the expression:
где Fmax - максимальная испытательная нагрузка, кН; R - внешний радиус кольца, мм,where F max - the maximum test load, kN; R is the outer radius of the ring, mm
и при превышении данным параметром браковки критического значения кольцо бракуют.and if the rejection parameter exceeds the critical value, the ring is rejected.
Поставленная задача решается также за счет того, что многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностирования колец подшипников буксового узла железнодорожного транспортного средства, состоящее из n каналов, состоящих из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, программируемого основного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с соответствующим входом цифрового мультиплексора, выход которого соединен со входом оперативного запоминающего устройства, а также содержит генератор калибровочных импульсов и последовательно соединенные оперативное запоминающее устройство, устройство управления, выход которого соединен с шиной компьютера, которая, в свою очередь, соединена с центральным процессором компьютера, два ключа, причем первый вход первого ключа соединен с выходом акустического преобразователя, а второй вход первого ключа соединен со вторым входом второго ключа и входом двухпозиционного ключа, первый вход второго ключа соединен с выходом предварительного усилителя, с выхода предварительного усилителя через замкнутые второй и двухпозиционный ключи сигналы акустической эмиссии поступают на вход фильтра, при этом первый выход двухпозиционного ключа соединен с последовательно соединенными фильтром, программируемым основным усилителем, аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен со входом цифрового мультиплексора, а второй выход двухпозиционного ключа соединен с выходом генератора калибровочных импульсов, вход которого соединен с первым выходом устройства управления, а управляющие входы двухпозиционных ключей объединены и соединены со вторым выходом устройства управления, а управляющие входы программируемых усилителей объединены и соединены с третьим выходом устройства управления, снабжено блоком определения дефекта, состоящим из последовательно соединенных детектора электрических сигналов, аналогового интегратора, аналогового сумматора, компаратора, цифроаналогового преобразователя, при этом детектор соединен в каждом канале с выходом программируемого усилителя, а выход аналогового интегратора соединен с соответствующим входом аналогового сумматора, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, а инвертирующий вход компаратора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с четвертым выходом устройства управления, а выход компаратора соединен с первым входом устройства управления, соединенного шиной PCI BUS с центральным процессором, и блоком управления нагружением, состоящим из устройства сопряжения с шиной USB, микропроцессора блока управления нагружением, аналого-цифрового преобразователя сигнала датчика нагрузки, устройства управления электрогидравлическими кранами, оперативного запоминающего устройства и аналого-цифрового преобразователя угла поворота, при этом шина USB соединена с входом устройства сопряжения, выход которого двунаправленной шиной соединен с первым входом микропроцессора блока управления нагружением, второй его вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя сигнала датчика нагрузки, вход которого соединен с датчиком нагрузки, первый выход микропроцессора соединен со входом устройства управления, первый и второй выходы которого соединены с двумя электрогидравлическими кранами, соответственно управления цилиндром нагружения и приводом поворота кольца, выход первого крана соединен с цилиндром нагружения, а второго крана - с приводом поворота кольца, а второй выход микропроцессора двунаправленной шиной соединен с входом оперативного запоминающего устройства блока управления нагружением, а третий вход микропроцессора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя угла поворота, вход которого соединен с датчиком угла поворота.The problem is also solved due to the fact that the multi-channel acoustic emission device for diagnosing bearing rings of the axle box assembly of a railway vehicle, consisting of n channels, consisting of a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, programmable main amplifier, analog-to-digital converter, the output of which is connected to the corresponding input of a digital multiplexer, the output of which is connected to the input of operational memory device, and also contains a generator of calibration pulses and sequentially connected random access memory, a control device, the output of which is connected to the computer bus, which, in turn, is connected to the central processor of the computer, two keys, and the first input of the first key is connected to the acoustic output converter, and the second input of the first key is connected to the second input of the second key and the input of the on-off key, the first input of the second key is connected to the output of the preamplifier Purely, from the output of the pre-amplifier through the closed second and on-off keys, the acoustic emission signals are fed to the input of the filter, while the first output of the on-off key is connected to a series-connected filter, a programmable main amplifier, an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the digital multiplexer, and the second output of the on-off key is connected to the output of the calibration pulse generator, the input of which is connected to the first output of the control device, and the input inputs of the on / off keys are combined and connected to the second output of the control device, and the control inputs of the programmable amplifiers are combined and connected to the third output of the control device, equipped with a defect detection unit consisting of a series-connected electrical signal detector, analog integrator, analog adder, comparator, digital-to-analog converter while the detector is connected in each channel to the output of the programmable amplifier, and the output of the analog integrator is inen with the corresponding input of an analog adder, the output of which is connected to the non-inverting input of the comparator, and the inverting input of the comparator is connected to the output of the digital-to-analog converter, the input of which is connected to the fourth output of the control device, and the output of the comparator is connected to the first input of the control device connected to the central PCI BUS a processor, and a load control unit, consisting of a USB bus coupler, a microprocessor of the load control unit, an analog-to-digital converter the signal processor of the load sensor, the control device of electro-hydraulic cranes, random access memory and the analog-to-digital converter of the angle of rotation, while the USB bus is connected to the input of the interface device, the output of which is a bi-directional bus connected to the first input of the microprocessor of the load control unit, its second input is connected to the output analog-to-digital converter of the load sensor signal, the input of which is connected to the load sensor, the first output of the microprocessor is connected to the input control system, the first and second outputs of which are connected to two electro-hydraulic cranes, respectively, the control of the loading cylinder and the ring rotation drive, the output of the first crane is connected to the loading cylinder, and the second crane is connected to the ring rotation drive, and the second output of the microprocessor by a bi-directional bus is connected to the operational input the storage device of the load control unit, and the third input of the microprocessor is connected to the output of the analog-to-digital converter of the rotation angle, the input of which is connected n with angle sensor.
Предлагаемая система по сравнению с существующими акустико-эмиссионными системами (Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Муравьев В.В. и др. Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии. / Под ред. Л.Н.Степановой, В.В.Муравьева. - М. Машиностроение, 2004, С.24-42) позволяет осуществлять автоматическую отбраковку дефектных колец подшипников за счет того, что уровни сигналов на выходе интеграторов каждого канала пропорциональны скорости счета и амплитуде сигнала акустической эмиссии. В случае превышения суммарного уровня со всех каналов с выхода аналогового сумматора некоторого заданного порога, который определяется размером кольца и нагрузкой, производится его браковка и остановка нагружения.The proposed system in comparison with existing acoustic emission systems (Seriouszov AN, Stepanova LN, Muravyev VV et al. Diagnostics of transport objects by acoustic emission. / Ed. By L.N. Stepanova, V. V. Muravieva. - M. Mashinostroenie, 2004, P.24-42) allows automatic rejection of defective bearing rings due to the fact that the signal levels at the output of the integrators of each channel are proportional to the count rate and the amplitude of the acoustic emission signal. If the total level from all channels is exceeded from the output of the analog adder of a certain threshold, which is determined by the size of the ring and the load, it is rejected and the load is stopped.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, реализующего акустико-эмиссионный способ диагностирования колец подшипников буксового узла железнодорожного транспортного средства. На фиг.2 приведена зависимость растягивающих напряжений на внутренней поверхности кольца подшипника от угла φ. На фиг.3 показано расположение угла φ на кольце подшипника относительно точек приложения нагрузки F.Figure 1 shows a functional diagram of a device that implements the acoustic emission method for diagnosing bearing rings of the axle box assembly of a railway vehicle. Figure 2 shows the dependence of tensile stresses on the inner surface of the bearing ring on the angle φ. Figure 3 shows the location of the angle φ on the bearing ring relative to the points of application of the load F.
Устройство, реализующее акустико-эмиссионный способ диагностирования колец подшипников буксового узла железнодорожного транспортного средства (фиг.1), содержит:A device that implements an acoustic emission method for diagnosing bearing rings of an axle box assembly of a railway vehicle (FIG. 1), comprises:
1 - преобразователь акустической эмиссии;1 - acoustic emission transducer;
2 - предварительный усилитель;2 - pre-amplifier;
3 - полосовой фильтр;3 - band-pass filter;
4 - нормирующий усилитель;4 - normalizing amplifier;
5 - аналого-цифровой преобразователь акустико-эмиссионной системы;5 - analog-to-digital Converter acoustic emission system;
6 - цифровой мультиплексор;6 - digital multiplexer;
7 - оперативное запоминающее устройство акустико-эмиссионной системы;7 - random access memory of the acoustic emission system;
8 - генератор калибровочный импульсов;8 - generator calibration pulses;
9 - устройство управления акустико-эмиссионной системы;9 - control device of the acoustic emission system;
10 - шина PCI BUS;10 - PCI bus;
11 - центральный процессор компьютера;11 - the central processor of the computer;
12, 13, 14 - ключи;12, 13, 14 - keys;
15 - блок определения дефекта;15 - defect determination unit;
16 - детектор электрических сигналов;16 - detector of electrical signals;
17 - аналоговый интегратор;17 - analog integrator;
18 - аналоговый сумматор;18 - analog adder;
19 - компаратор;19 - a comparator;
20 - цифроаналоговый преобразователь;20 - digital-to-analog converter;
21 - шина USB;21 - USB bus;
22 - блок управления нагружением;22 - loading control unit;
23 - устройство сопряжения с шиной USB;23 - a device for interfacing with a USB bus;
24 - микропроцессор блока управления нагружением;24 - microprocessor of the load control unit;
25 - аналого-цифровой преобразователь сигнала датчика нагрузки;25 - analog-to-digital Converter signal load sensor;
26 - устройство управления электрогидравлическими кранами;26 - control device electro-hydraulic cranes;
27 - оперативное запоминающее устройство блока управления нагружением;27 - random access memory of the load control unit;
28 - аналого-цифровой преобразователь угла поворота;28 - analog-to-digital Converter angle of rotation;
29 - датчик нагрузки;29 - load sensor;
30 - цилиндр нагружения;30 - loading cylinder;
31 - привод поворота кольца;31 - drive rotation ring;
32 - электрогидравлический кран управления цилиндром нагружения;32 - electro-hydraulic crane control the loading cylinder;
33 - электрогидравлический кран управления приводом поворота кольца;33 - electro-hydraulic crane control ring rotation drive;
34 - кольцо подшипника;34 - a bearing ring;
35 - датчик угла поворота.35 - angle sensor.
Практическое исполнение предлагаемого устройства, реализующего акустико-эмиссионный способ диагностирования колец подшипников буксового узла железнодорожного транспортного средства, выполняется по известным схемам с использованием следующих компонентов:The practical implementation of the proposed device that implements the acoustic emission method for diagnosing bearing rings of the axle box assembly of a railway vehicle is carried out according to known schemes using the following components:
- компаратор выполнен на микросхеме LM 311;- the comparator is made on an LM 311 chip;
- полосовые фильтры выполнены по двухзвенной схеме активных фильтров второго порядка на операционных усилителях МС 33282 фирмы «Motorola». Пример реализации приведен в книге: Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат.- 1988. - С.105. - рис.3.8,б;- band-pass filters are made according to a two-link scheme of second-order active filters on operational amplifiers MC 33282 of the Motorola company. An example implementation is given in the book: Gutnikov B.C. Integrated electronics in measuring devices. - L .: Energoatomizdat. - 1988. - P.105. - fig. 3.8, b;
- устройство управления акустико-эмиссионной системы и цифровой мультиплексор выполнены на программируемой логической интегральной схеме ПЛИС фирмы «Altera» EPF10K10TC;- the control device of the acoustic emission system and the digital multiplexer are made on a programmable logic integrated FPGA of the Altera company EPF10K10TC;
- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) акустико-эмиссионной системы выполнено на микросхемах статического ОЗУ AS7C1026;- random access memory (RAM) of the acoustic emission system is performed on AS7C1026 static RAM chips;
- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) блока управления нагружением выполнено на микросхемах статического ОЗУ UMC62256;- random access memory (RAM) of the loading control unit is executed on the static RAM microchips UMC62256;
- цифроаналоговый преобразователь реализован на микросхеме AD7943;- the digital-to-analog converter is implemented on the AD7943 chip;
- микропроцессор блока управления нагруженном реализован на микросхеме AT89S8253 фирмы «Atmel»;- the microprocessor of the loaded control unit is implemented on the Atmel microcircuit AT89S8253;
- аналого-цифровой преобразователь сигналов акустической эмиссии выполнен на микросхеме AD9220 AR;- the analog-to-digital converter of acoustic emission signals is made on the AD9220 AR chip;
- пример реализации формирователя калибровочных импульсов приведен в книге: «Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии». / Под ред. Л.Н.Степановой, В.В.Муравьева. - М.: Машиностроение - 2004. - С.55-56. рис.3.6);- an example of the implementation of a shaper of calibration pulses is given in the book: “Diagnostics of transport objects by the method of acoustic emission”. / Ed. L.N. Stepanova, V.V. Muravyova. - M.: Mechanical Engineering - 2004. - S.55-56. fig. 3.6);
- генератор калибровочных импульсов выполнен по схеме одновибратора. Пример его реализации приведен в книге: Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение. - 1988. - С.159, рис.5.10,а);- the generator of calibration pulses is made according to the scheme of a single vibrator. An example of its implementation is given in the book: Gutnikov B.C. Integrated electronics in measuring devices. - L .: Energoatomizdat, Leningrad branch. - 1988. - P.159, Fig. 5.10, a);
- нормирующий усилитель выполнен на операционных усилителях AD8138, МС 33282 и цифроаналоговом преобразователе AD 7943. пример реализации приведен в книге: Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение. - 1988. - С.235, рис.9.4,б;- the normalizing amplifier is made on operational amplifiers AD8138, МС 33282 and digital-to-analog converter AD 7943. An example of implementation is given in the book: Gutnikov B.C. Integrated Electronics in Measuring Devices - L .: Energoatomizdat, Leningrad Branch. - 1988. - P.235, Fig. 9.4, b;
- аналого-цифровой преобразователь угла поворота и аналого-цифровой преобразователь сигнала датчика нагрузки собраны на микросхеме AD7495;- the analog-to-digital converter of the angle of rotation and the analog-to-digital converter of the signal of the load sensor are assembled on the AD7495 chip;
- устройство сопряжения с шиной USB выполнено на микросхеме FT245BM;- a device for interfacing with a USB bus is performed on a FT245BM chip;
- устройство управления электрогидравлическими кранами и часть устройства сопряжения с шиной USB собраны на микросхеме EPM7192QC160;- the control device for electro-hydraulic cranes and part of the interface with the USB bus are assembled on the EPM7192QC160 chip;
- детекторы выполнены по схеме выпрямителей на операционных усилителях МС 33272. Пример реализации приведен в книге: Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение. - 1988. - С.118, рис.4.1,6;- the detectors are made according to the rectifier circuit on the operational amplifiers MS 33272. An example of implementation is given in the book: Gutnikov B.C. Integrated electronics in measuring devices. - L .: Energoatomizdat, Leningrad branch. - 1988. - P.118, Fig. 4.1.6;
- интеграторы выполнены по примеру реализации, приведенному в книге: Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение. - 1988. - С.94, рис.3.4,а.- integrators are executed according to the implementation example provided in the book: Gutnikov B.C. Integrated electronics in measuring devices. - L .: Energoatomizdat, Leningrad branch. - 1988. - P.94, Fig. 3.4, a.
Информация о микросхемах находится в следующих книгах:Chip information is in the following books:
- ПЛИС фирмы ALTERA: проектирование устройств обработки сигналов - М., ДОДЭКА, 2000, С.18;- FPGA from ALTERA: designing signal processing devices - M., DODEKA, 2000, P.18;
- Интернет-сайты фирмы Texas Instruments - www.ti.com, фирмы Motorola - www.moto.com, фирмы Altera - www.altera.com, фирмы «Atmel» - www.atmel.com, фирмы Analog Devices - www.analog.com.- The websites of Texas Instruments - www.ti.com, Motorola - www.moto.com, Altera - www.altera.com, Atmel - www.atmel.com, Analog Devices - www.analog .com.
Многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностики колец подшипника содержит 3 канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных акустического преобразователя 1, предварительного усилителя 2, фильтра 3, программируемого основного усилителя 4, аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого соединен с соответствующим входом цифрового мультиплексора 6, выход которого соединен с входом оперативного запоминающего устройства 7, генератор калибровочных импульсов 8, последовательно соединенный с оперативным запоминающим устройством 7 и устройство управления 9, выход которого соединен с шиной компьютера 10, которая, в свою очередь, соединена с центральным процессором 11 компьютера, два ключа, причем первый вход первого ключа 12 соединен с выходом акустического преобразователя 1, а второй вход первого ключа 12 соединен со вторым входом второго ключа 13 и входом двухпозиционного ключа 14, первый вход второго ключа 13 соединен с выходом предварительного усилителя 2, с выхода предварительного усилителя 2 через замкнутые второй 13 и двухпозиционный 14 ключи сигналы акустической эмиссии поступают на вход фильтра 3, при этом первый выход двухпозиционного ключа 14 соединен с последовательно соединенными фильтром 3, программируемым основным усилителем 4, аналого-цифровым преобразователем 5, выход которого соединен со входом цифрового мультиплексора 6, а второй выход двухпозиционного ключа 14 соединен с выходом генератора калибровочных импульсов 8, вход которого соединен с первым выходом устройства управления 9, а управляющие входы двухпозиционных ключей 14 объединены и соединены со вторым выходом устройства управлении 9, а управляющие входы программируемых усилителей 4 объединены и соединены с третьим выходом устройства управления 9. Кроме того, устройство содержит блок определения дефекта 15, состоящий из детектора электрических сигналов 16, аналогового интегратора 17, аналогового сумматора 18, компаратора 19, цифроаналогового преобразователя 20, при этом детектор 16 соединен в каждом канале с выходом программируемого усилителя 4, а выход аналогового интегратора 17 - с соответствующим входом аналогового сумматора 18, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора 19, а инвертирующий вход компаратора 19 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 20, вход которого соединен с четвертым выходом устройства управления 9, а выход компаратора 19 соединен с первым входом устройства управления 9, соединенного шиной USB 21 с центральным процессором 11 компьютера и вторым блоком управления нагруженном 22, состоящим из устройства сопряжения с шиной USB 23, микропроцессора блока управления нагружением 24, аналого-цифрового преобразователя сигнала датчика нагрузки 25, устройства управления электрогидравлическими кранами 26, оперативного запоминающего устройства блока управления нагружением 27, аналого-цифрового преобразователя угла поворота 28, при этом шина USB 21 соединена с входом устройства сопряжения 23, выход которого двунаправленной шиной соединен с первым входом микропроцессора 24, второй его вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя сигнала датчика нагрузки 25, вход которого соединен с датчиком нагрузки 29, первый выход микропроцессора 24 соединен со входом устройства управления 9, первый и второй выходы которого соединены с двумя электрогидравлическими кранами соответственно управления цилиндром нагружения 30 и приводом поворота кольца 31, выход первого электрогидравлического крана 32 соединен с цилиндром нагружения 30, а второго электрогидравлического крана 33 - с приводом поворота кольца 31 для вращения кольца 34, а второй выход микропроцессора 24 двунаправленной шиной соединен с входом оперативного запоминающего устройства блока управления нагружением 27, а третий вход микропроцессора 24 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя угла поворота 28, вход которого соединен с датчиком угла поворота 35.A multi-channel acoustic emission device for diagnosing bearing rings contains 3 channels, each of which consists of a series-connected acoustic transducer 1, pre-amplifier 2, filter 3, programmable main amplifier 4, analog-to-digital converter 5, the output of which is connected to the corresponding input of a digital multiplexer 6, the output of which is connected to the input of random access memory 7, a calibration pulse generator 8, connected in series with the operational the memory device 7 and the control device 9, the output of which is connected to the bus of the computer 10, which, in turn, is connected to the central processor 11 of the computer, two keys, the first input of the first key 12 connected to the output of the acoustic transducer 1, and the second input of the first key 12 is connected to the second input of the second key 13 and the input of the on-off key 14, the first input of the second key 13 is connected to the output of the pre-amplifier 2, from the output of the pre-amplifier 2 through the closed second keys 13 and on-off 14 acoustic emission channels are fed to the input of filter 3, while the first output of the on-off switch 14 is connected to series-connected filter 3, a programmable main amplifier 4, an analog-to-digital converter 5, the output of which is connected to the input of the digital multiplexer 6, and the second output of the on-off switch 14 is connected with the output of the generator of calibration pulses 8, the input of which is connected to the first output of the control device 9, and the control inputs of the on-off keys 14 are combined and connected to the second output The control device 9, and the control inputs of the programmable amplifiers 4 are combined and connected to the third output of the control device 9. In addition, the device contains a defect detection unit 15, consisting of an electric signal detector 16, an analog integrator 17, an analog adder 18, a comparator 19, a digital-to-analog converter 20, while the detector 16 is connected in each channel to the output of the programmable amplifier 4, and the output of the analog integrator 17 is connected to the corresponding input of the analog adder 18, the output of which is connected n to the non-inverting input of the comparator 19, and the inverting input of the comparator 19 is connected to the output of the digital-to-analog converter 20, the input of which is connected to the fourth output of the control device 9, and the output of the comparator 19 is connected to the first input of the control device 9, connected by a USB bus 21 to the central processor 11 of the computer and a second control unit loaded 22, consisting of a device for interfacing with a USB 23 bus, a microprocessor for the load control unit 24, an analog-to-digital converter of the load sensor signal 25, arranged control electro-hydraulic valves 26, random access memory of the load control unit 27, analog-to-digital Converter angle of rotation 28, while the USB bus 21 is connected to the input of the interface device 23, the output of which a bi-directional bus is connected to the first input of the microprocessor 24, its second input is connected to the output of the analog-to-digital Converter signal load sensor 25, the input of which is connected to the load sensor 29, the first output of the microprocessor 24 is connected to the input of the control device 9, the first and the second outputs of which are connected to two electro-hydraulic cranes, respectively, to control the loading cylinder 30 and the rotation drive of the ring 31, the output of the first electro-hydraulic crane 32 is connected to the loading cylinder 30, and the second electro-hydraulic crane 33 to the rotation drive of the ring 31 to rotate the ring 34, and the second output microprocessor 24 with a bi-directional bus connected to the input of random access memory of the load control unit 27, and the third input of microprocessor 24 is connected to the output of analog-to-digital th angle transducer 28, the input of which is connected to the angle sensor 35.
Предложенное устройство работает следующим образом. Измерительные каналы акустико-эмиссионной системы могут работать в двух основных режимах: в режиме излучения и режиме приема акустических сигналов. Показанное на фиг.1 положение ключей 12, 13, 14 определяет режим приема сигналов акустической эмиссии.The proposed device operates as follows. The measuring channels of the acoustic emission system can operate in two main modes: in the radiation mode and in the mode of receiving acoustic signals. Shown in figure 1, the position of the keys 12, 13, 14 determines the mode of reception of acoustic emission signals.
Перед началом акустико-эмиссионного контроля кольца подшипника проводят калибровку, для чего поочередно каждый канал системы переводят в режим излучения. При этом остальные каналы системы работают в режиме приема.Before starting acoustic emission monitoring of the bearing ring, a calibration is carried out, for which each channel of the system is switched to radiation mode in turn. In this case, the remaining channels of the system operate in receive mode.
Рассмотрим порядок работы канала в режиме калибровки. Центральный процессор 11 компьютера через шину PCI BUS 10 подает на устройство управления 9 команду, по которой формируется сигнал управления для ключа 14 выбранного канала и переключает его на выход генератора калибровочных импульсов 8. При этом с линии подключения предварительного усилителя 2 снимается напряжение питания и ключи 12, 13 переключаются в режим калибровки, когда ключ 12 замкнут, а ключ 13 разомкнут. Затем центральный процессор 11 через шину PCI BUS 10 и устройство управления 9 формирует сигнал запуска генератора калибровочных импульсов 8, по которому последний формирует высоковольтный импульс напряжения, который поступает на вход акустического преобразователя 1 выбранного канала через замкнутые ключи 14 и 12 и переводит преобразователь в режим излучения. Акустический сигнал с выхода акустического преобразователя 1 выбранного канала распространяется по кольцу подшипника 34. Оставшиеся два акустических преобразователя 1, работающие в режиме приема, принимают акустические сигналы и преобразуют их в электрические, которые затем поступают на входы предварительных усилителей 2. С выхода предварительных усилителей 2 через замкнутые ключи 13, 14 сигналы поступают на входы полосовых фильтров 3, обеспечивающих фильтрацию паразитных сигналов за пределами полосы пропускания. С выходов фильтров 3 сигналы поступают на входы нормирующих усилителей 4, обладающих программируемыми коэффициентами усиления. Далее аналоговые сигналы поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 5, где происходит их дискретизация. С выхода аналого-цифровых преобразователей 5 кодовые эквиваленты сигналов акустической эмиссии поступают на входы цифрового мультиплексора 6 и последовательно записываются в оперативное запоминающее устройство 7 системы. Центральный процессор компьютера 11 имеет возможность считывать из оперативного запоминающего устройства 7 измерительную информацию через шину PCI BUS 10 и устройство управления 9. При превышении кода результата измерения некоторого заранее заданного значения устройство управления 9 регистрирует этот момент превышения в своем внутреннем счетчике времени, и передает в центральный процессор 11 через шину PCI BUS 10 коды результата измерения и значения времен прихода на акустические преобразователи 1 сигналов акустической эмиссии. По их разности времен прихода центральный процессор 11 компьютера рассчитывает значение внутреннего диаметра кольца подшипника (исходя из постоянства скорости звука С)Consider the order of the channel in calibration mode. The
где Δτ - разность времен прихода, и выбирает из заранее составленной таблицы значение величины испытательной нагрузки.where Δτ is the difference of arrival times, and selects the value of the test load from a pre-compiled table.
Затем центральный процессор 11 компьютера переводит все каналы системы в режим приема и через шину USB 21 и устройство сопряжения 23 посылает в микропроцессор блока управления нагружением 24 команду начала нагрузки с параметром величины нагружающей силы. Микропроцессор блока управления нагружением 24 через устройство управления электрогидравлическими кранами 26 включает электрогидравлический кран управления цилиндром нагружения 32. При этом цилиндр нагружения 30 через силовую цепь, включающую датчик нагрузки 29 и привод поворота кольца 31, нагружает кольцо подшипника 34. С выхода датчика нагрузки 29 электрический сигнал, пропорциональный величине нагружающей силы, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя сигнала датчика нагрузки 25 и затем в виде последовательного цифрового кода поступает на микропроцессор блока управления нагружением 24. Микропроцессор блока управления нагружением 24 через равные промежутки времени выдает значение величины нагрузки через устройство сопряжения 23 и шину USB 21 в центральный процессор 11 компьютера. При достижении нагрузки, равной предварительно заданной величины, микропроцессор блока управления нагружением 24 выключает электрогидравлический кран управления цилиндром нагружения 32, фиксируя величину нагружающей силы.Then, the
Микропроцессор блока управления нагруженном 24 через устройство управления электрогидравлическими кранами 26 включает кран управления приводом поворота кольца 33, который начинает вращать кольцо подшипника 34 под нагрузкой. Микропроцессор блока управления нагружением 24 считывает показания аналого-цифрового преобразователя угла поворота 28, к аналоговому входу которого подключен датчик угла поворота 35. Показания датчика угла поворота 35 микропроцессор блока управления нагружением 24 через равные промежутки времени выдает через устройство сопряжения 23 и шину USB 21 в центральный процессор 11 компьютера. Акустические преобразователи 1 регистрируют акустические сигналы, преобразуя их в электрические, которые затем поступают на входы предварительных усилителей 2. С выходов предварительных усилителей 2 через замкнутые ключи 13 и 14 сигналы поступают на входы полосовых фильтров 3, а с выходов фильтров 3 сигналы проходят на входы нормирующих усилителей 4, обладающих программируемыми коэффициентами усиления. Одновременно сигналы с выходов нормирующих усилителей 4 поступают на входы детекторов электрических сигналов 16. С выходов детекторов 16 электрических сигналов продетектированные сигналы поступают на входы интеграторов 17, выходы которых подключены к аналоговому сумматору 18. На выходах интеграторов 17 формируется напряжение, пропорциональное энергии акустических сигналов за интервал времени, зависящий от постоянной интегрирования. При превышении выходным сигналом сумматора 18 сигнала с выхода цифроаналогового преобразователя порогового уровня 20, компаратор 19 вырабатывает сигнал превышения, поступающий на вход устройства управления 9 системой. Пороговое напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя порогового уровня 20 подбирается заранее, и оно превышает уровень шумов для годного кольца подшипника 34. Центральный процессор 11 компьютера через шину PCI 10 считывает сигнал превышения из устройства управления 9 системой. Превышение порогового уровня сигналом с выхода сумматора 18 означает наличие дефекта в кольце подшипника 34. При этом центральный процессор 11 регистрирует значение угла поворота кольца 34, при котором произошло превышение порога. Центральный процессор 11 также непрерывно считывает из оперативного запоминающего устройства 7 цифровые эквиваленты формы акустических сигналов и их времена прихода на акустические преобразователи 1, осуществляя локализацию источников сигналов акустической эмиссии в процессе нагружения и поворота кольца подшипника 34. Одновременно с локализацией сигналов акустической эмиссии центральный процессор 11 подсчитывает количество зарегистрированных сигналов ΔN за интервал времени, соответствующий углу поворота ΔφThe microprocessor of the control unit loaded 24 through the control device of electro-hydraulic cranes 26 includes a crane for controlling the rotation drive of the ring 33, which starts to rotate the bearing ring 34 under load. The microprocessor of the load control unit 24 reads the readings of an analog-to-digital converter of the angle of rotation 28, to the analog input of which the angle sensor 35 is connected. The readings of the sensor of the angle of rotation 35 gives the microprocessor of the control unit 24 at regular intervals through the interface device 23 and the USB 21 bus to the
и это значение сравнивается с критическим значением для данного типа и размера кольца, определяемым выражениемand this value is compared with the critical value for a given type and size of the ring defined by the expression
где Fmax - максимальная испытательная нагрузка, кН; R - внешний радиус кольца, мм,where F max - the maximum test load, kN; R is the outer radius of the ring, mm
и при превышении данным параметром браковки критического значения, кольцо бракуют.and if the rejection parameter exceeds the critical value, the ring is rejected.
Как только кольцо подшипника 34 повернется на угол, равный 180°, микропроцессор блока управления нагружением 24 через устройство управления электрогидравлическими кранами 26 выключает электрогидравлический кран управления приводом поворота кольца 33 и электрогидравлический кран управления цилиндром нагружения 32. На этом процесс акустико-эмиссионного контроля кольца подшипника 34 заканчивается.As soon as the bearing ring 34 rotates through an angle of 180 °, the microprocessor of the load control unit 24 switches off the electro-hydraulic valve for controlling the rotation drive of the ring 33 and the electro-hydraulic valve for controlling the load cylinder 32 through the control device for electro-hydraulic cranes 26. At this point, the acoustic emission control of the bearing ring 34 ends.
Таким образом, в процессе диагностики кольца подшипника буксового узла к нему прикладывается максимальная нагрузка и осуществляется поворот на 180°. При этом каждая точка поверхности кольца подшипника, поворачиваемого на угол 180°, нагружается максимальной силой и каждая точка испытывает одинаковые деформации. Следовательно, создается равномерное распределение напряжений по всей поверхности кольца. При этом вероятность обнаружения дефекта в предлагаемом способе много выше, чем в прототипе, поскольку в предлагаемом способе одинаковому нагружению подвергается каждая точка поверхности кольца и вероятность пропуска дефекта мала.Thus, in the process of diagnosing the axle box bearing ring, the maximum load is applied to it and a rotation of 180 ° is carried out. Moreover, each point on the surface of the bearing ring, rotated through an angle of 180 °, is loaded with maximum force and each point experiences the same deformation. Therefore, a uniform stress distribution is created over the entire surface of the ring. Moreover, the probability of detecting a defect in the proposed method is much higher than in the prototype, since in the proposed method each point of the ring surface is subjected to the same loading and the probability of missing the defect is small.
Claims (2)
где ΔN - число сигналов акустической эмиссии; Δφ - угол поворота кольца, который сравнивают с критическим значением для данного типа и размера кольца, определяемым из выражения:
где Fmax - максимальная испытательная нагрузка, кН; R - внешний радиус кольца, мм,
и при превышении данным параметром браковки критического значения кольцо бракуют.1. The acoustic emission method for diagnosing bearing rings of the axle box assembly of a railway vehicle, which consists in installing acoustic transducers on the bearing ring, mechanically loading the bearing ring and simultaneously recording acoustic emission signals with acoustic transducers, digitizing, pre-processing, filtering the interference, registration of the time of arrival of acoustic emission signals and determination of the coordinates of developing defects from them, distinct In that, when the maximum load is reached, the bearing ring is continuously rotated through an angle of 180 °, the acoustic emission signals are recorded taking into account the angle of rotation of the ring, and the rejection parameter is determined
where ΔN is the number of acoustic emission signals; Δφ is the angle of rotation of the ring, which is compared with a critical value for a given type and size of the ring, determined from the expression:
where F max - the maximum test load, kN; R is the outer radius of the ring, mm
and if the rejection parameter exceeds the critical value, the ring is rejected.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008126353/28A RU2391656C2 (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Acoustic-emission method of diagnosing bearing rings of axle unit of railway vehicle and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008126353/28A RU2391656C2 (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Acoustic-emission method of diagnosing bearing rings of axle unit of railway vehicle and device for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008126353A RU2008126353A (en) | 2010-01-10 |
| RU2391656C2 true RU2391656C2 (en) | 2010-06-10 |
Family
ID=41643650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008126353/28A RU2391656C2 (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Acoustic-emission method of diagnosing bearing rings of axle unit of railway vehicle and device for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2391656C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018217794A1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-11-29 | Waukesha Bearings Corporation | Bearing monitoring/analysis system |
| RU2683876C1 (en) * | 2018-05-21 | 2019-04-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Промышленные инновации" ООО "Промышленные инновации" | Method for acoustic monitoring of running gear part of vehicle |
| RU2747379C1 (en) * | 2020-07-21 | 2021-05-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "ЯГТУ" | Method of acoustic monitoring of the vehicle running gear |
| WO2021182993A1 (en) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | Акционерное Общество "Ротек" | Method of predicting the formation of defects in moving assemblies |
| RU2758482C1 (en) * | 2020-10-01 | 2021-10-28 | Владимир Семенович Потапенко | Receiving and converting module of the multichannel complex of equipment diagnostics |
-
2008
- 2008-06-27 RU RU2008126353/28A patent/RU2391656C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БЕХЕР С.А., ТЕНИТИЛОВ Е.С, ЗАВИСИМОСТЬ ЧИСЛА ИМПУЛЬСОВ АЭ ПРИ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ БУКСОВОГО УЗЛА, ДЕФЕКТОСКОПИЯ, 2006, №8, с.54-62. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018217794A1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-11-29 | Waukesha Bearings Corporation | Bearing monitoring/analysis system |
| US11255750B2 (en) | 2017-05-22 | 2022-02-22 | Waukesha Bearings Corporation | Bearing monitoring/analysis system |
| US11841290B2 (en) | 2017-05-22 | 2023-12-12 | Waukesha Bearings Corporation | Bearing monitoring/analysis system |
| RU2683876C1 (en) * | 2018-05-21 | 2019-04-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Промышленные инновации" ООО "Промышленные инновации" | Method for acoustic monitoring of running gear part of vehicle |
| WO2021182993A1 (en) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | Акционерное Общество "Ротек" | Method of predicting the formation of defects in moving assemblies |
| RU2747379C1 (en) * | 2020-07-21 | 2021-05-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "ЯГТУ" | Method of acoustic monitoring of the vehicle running gear |
| RU2758482C1 (en) * | 2020-10-01 | 2021-10-28 | Владимир Семенович Потапенко | Receiving and converting module of the multichannel complex of equipment diagnostics |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008126353A (en) | 2010-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2391656C2 (en) | Acoustic-emission method of diagnosing bearing rings of axle unit of railway vehicle and device for realising said method | |
| JP5558203B2 (en) | Apparatus and method for inductive measurement | |
| JP5576716B2 (en) | Apparatus and method for inductive measurement | |
| CN103852523B (en) | The system and method for prestressed concrete beam structural damage type is differentiated based on acoustic emission | |
| RU2339938C1 (en) | Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method | |
| US10718723B2 (en) | Utilizing resonance inspection of in-service parts | |
| RU2599327C1 (en) | Acoustic emission method of diagnosis of the products from composite materials based on carbon fiber and device for its implementation | |
| RU2296320C1 (en) | Acoustic-emission method for diagnostics of wheel pairs of railroad train and device for realization of said method | |
| KR101830461B1 (en) | Method and device for determining an orientation of a defect present within a mechanical component | |
| RU2379677C1 (en) | Method of acousto-optical welded seam quality control during welding and device to this end | |
| RU2391655C2 (en) | Method of diagnosing metal bridge structures and device for implementing said method | |
| RU2528586C2 (en) | Acoustic emission control over rail weld quality and device to this end | |
| CN109298076B (en) | Lamb wave-based active valve internal leakage damage detection system and method | |
| RU2442155C2 (en) | Method and device of welded joints testing by acoustic emission during welding | |
| RU2572067C1 (en) | Method of acoustic emission quality control of girth weld during multipass welding and device for its implementation | |
| CN111929356B (en) | Steel defect magnetic imaging device and method | |
| RU2572662C2 (en) | Device for defect detection in welds during welding | |
| KR102040492B1 (en) | Apparatus and Method for Defect Using Acoustic Emission Testing | |
| Evseev et al. | Acoustic emission approach to determining survivability in fatigue tests | |
| CN113326589B (en) | Sensitive characteristic screening method and device and storage medium | |
| CN113312731B (en) | Variable-pitch bearing fault detection method and device and storage medium | |
| KR102445651B1 (en) | Motor noise detecting device and detecting method using ae sensor | |
| RU2448343C2 (en) | Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method | |
| RU2138032C1 (en) | Process of diagnostics of bearings and their parts and device for its implementation | |
| RU2736171C1 (en) | Multichannel acoustic emission device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130628 |