Исследование спектральных и временных характеристик свободных колебаний прессовых соединений колец подшипников для решения задач неразрушающего контроля

Анна Олеговна Рыжова; Сергей Алексеевич Бехер

doi:10.22213/2410-9304-2022-2-20-29

Авторы

А. О. Рыжова Сибирский государственный университет путей сообщения
С. А. Бехер Сибирский государственный университет путей сообщения

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-2-20-29

Ключевые слова:

кольцо подшипника, прессовое соединение, механические колебания, свободные колебания, собственная частота, затухание, спектр

Аннотация

Для определения возможности контроля плотности посадки прессовых соединений внутренних колец подшипников с шейками осей колесных пар методом свободных колебаний проведены экспериментальные исследования частотных и временных закономерностей собственных колебаний свободных колец подшипников, настроечных образцов, представляющих собой прессовые соединения колец с валами с натягами от 20 до 90 мкм и соединений колец подшипников с реальными осями колесных пар, поступивших из эксплуатации в средний ремонт в вагонные ремонтные депо. Исследовано влияние различных граничных условий на параметры собственных колебаний свободного кольца подшипника. Экспериментально определены собственные частоты колец подшипников в свободном состоянии и образцов прессовых соединений колец и валов. Проведен сравнительный анализ спектров гармоник их собственных колебаний, на основе которого выявлен критерий неплотности прилегания кольца к шейке оси колесной пары. Методом конечных элементов рассчитаны собственные частоты и соответствующие им формы колебаний колец в свободном состоянии и образцов натяга. Проведен сравнительный анализ с экспериментально полученными значениями частот. Для анализа закономерностей затухания свободных колебаний выполнено преобразование фурье-сигналов. Получены их амплитудно-частотно-временные характеристики. Рассчитаны спектры свободных колебаний для колец подшипников, надетых на шейку оси вручную, без натяга, с заполненным зазором между контактирующими поверхностями оси и кольца индустриальным маслом и без него, для прессового соединения с плотной посадкой и слабой прессовой посадкой. Проведен сравнительный анализ полученных спектров, на основе которого разработан способ определения неплотности прилегания кольца к шейке оси.

Биографии авторов

А. О. Рыжова, Сибирский государственный университет путей сообщения

аспирант, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Физические методы контроля качества»

С. А. Бехер, Сибирский государственный университет путей сообщения

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Электротехника, диагностика и сертификация»

Библиографические ссылки

Мартыненко Л. В. Безопасность и эксплуатация железнодорожного транспорта при выполнении комплексных работ по неразрушающему контролю подшипников буксовых узлов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2021. № 3 (71). С. 193-200. DOI: 10.26731/1813-9108. 2021.3(71).193-200.

Влияние динамической нагруженности и дефектов роликов буксового подшипника на безопасность движения грузовых вагонов в эксплуатации / И. И. Галиев, В. А. Николаев, Б. Б. Сергеев, Е. А. Самохвалов, Д. Ю. Лукас // Известия Транссиба. 2016. № 4 (16). С. 102-110.

Мордасов Д. М., Фатеев Ю. Г., Зотов С. В. Исследование причин преждевременного разрушения подшипников буксового узла // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2015. Т. 21, № 4. С. 656-695. DOI: 10.17277/ vestnik.2015.04. pp.686-695.

Karlsen, Ø., Lemu, H.G. (2020). On Modelling Techniques for Mechanical Joints: Literature Study. In: Wang, Y., Martinsen, K., Yu, T., Wang, K. (eds) Advanced Manufacturing and Automation IX. IWAMA 2019. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol 634. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-2341-0_15

Тяпаев С. В., Снитко Н. Г. Реализация сплошного неразрушающего контроля бездефектности поверхностного слоя деталей в производстве буксовых подшипников для подвижного железнодорожного состава // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2013. № 1. С. 35-40.

Горбунов В. В., Самойлова Е. М., Игнатьев А. А. Автоматизация вихретокового контроля поверхностного слоя деталей подшипников с применением технологии нейронных сетей // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2016. № 4 (40). С. 114-122. DOI: 10.21685/2072-3059-2016-4-11.

Ададуров А. С., Романова А. А. Критерии достоверности результатов диагностики буксовых узлов грузовых вагонов акустическими методами // Транспорт Российской Федерации. 2019. № 5 (84). С. 57-61.

Ададуров А. С. Алгоритмы идентификации сигналов дефектного буксового узла постовой системы ранней диагностики // Транспорт Российской Федерации. 2018. № 5 (78). С. 58-62.

Есиркепов А. Н., Жирнова Е. А. Распознавание дефектов буксовых подшипников на основе анализа характеристик вибросигналов // Актуальные проблемы авиации и космонавтика. 2015. Т. 2, № 11. С. 81-82.

Мартыненко Л. В., Кушков М. Г. Оценка состояния буксовых узлов колесных пар грузовых // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2021. № 1 (69). С. 97-103. DOI: 10.26731/1813-9108.2021.1(69).97-103.

Вероятностно-статистический критерий оценки состояния по параметрам виброакустического сигнала / И. С. Кудрявцева, А. П. Науменко, А. М. Демин, А. И. Одинец // Динамика систем, механизмов и машин. 2019. Т. 7. № 2. С. 113-122. DOI: 10.25206/2310-9793-7-2-113-122.

Костюков В. Н., Науменко А. П., Кудрявцева И. С. Диагностика подшипников качения по параметрам характеристической функции // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. № 4. С. 142-145.

Степанова Л. Н., Бехер С. А., Тенитилов Е. С. Контроль колец подшипников локомотива методом акустической эмиссии // Дефектоскопия. 2009. № 9. С. 49-55.

Ser'eznov, A. N. Rapidly working diagnostic acoustic emission system / A. N. Ser'eznov, V. V. Murav'ev, L. N. Stepanova [et al.] // Defektoskopiya. 1998. No 7. P. 8-14. EDN MPBVSR.

Акустико-эмиссионный комплекс для контроля колец подшипников локомотива / В. Н. Пустовой, В. В. Муравьев, Л. Н. Степанова, В. П. Кутовой, Е. В. Бояркин // Контроль. Диагностика. 2002. № 6. С. 42-45.

АЭ-контроль динамического оборудования на примере роликовых опор вращающихся печей / С. В. Елизаров, В. А. Барат, В. В. Бардаков, Д. В. Чернов, Д. А. Терентьев // Контроль. Диагностика. 2021. Т. 24, № 12 (282). С. 46-62. DOI: 10.14489/td.2017.07.pp.004-011.

Буденков Г. А., Стрижак В. А., Вахрамеева Е. В. Источник волн, имитирующих сигналы акустической эмиссии // Дефектоскопия. 2008. № 4. С. 11-18. EDN JSBDYT.

Сенько В. И., Чернин Р. И., Гориченко С. Ф. Оценка прочности сопряжения колец буксовых подшипников с шейками осей колесных пар // Вестник Белорусского государственного университета транспорта: наука и транспорт. 2009. № 1 (18). С. 5-7.

Муравьев В.В., Муравьев Т. В. Расчет процесса передачи акустического сигнала через трибосопряжение внутреннего кольца подшипника и оси колесной пары // Дефектоскопия. 2007. № 2. С. 16-26.

Контроль натяга колец подшипников поверхностными волнами с использованием эффекта акустоупругости / С. А. Бехер, Л. Н. Степанова, А. О. Рыжова, А. Л. Бобров // Дефектоскопия. 2021. № 4. С. 13-21. DOI: 10.31857/S0130308221040023.

Холодилов О. В., Кузнецова М. Г., Маркавцов А. А. Использование конечно-элементного анализа при разработке методики безразборной АЭ-диагностики состояния буксовых подшипников // Вестник Белорусского государственного университета транспорта: наука и транспорт. 2020. № 2 (41). С. 52-55.