Научные и технические основы бесконтактного теплового контроля букс железнодорожного подвижного состава
На правах рукописи
МИРОНОВ Александр Анатольевич НАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БЕСКОНТАКТНОГО ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ БУКС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Екатеринбург 2009 2
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральском государственном университете путей сообщения» на кафедре «Вагоны».
Научный консультант доктор технических наук, доцент ПАВЛЮКОВ Александр Эдуардович Официальные доктор технических наук, профессор оппоненты: АНИСИМОВ Петр Степанович доктор технических наук, профессор СЕРГЕЕВ Борис Сергеевич доктор технических наук, профессор ТРЕТЬЯКОВ Александр Владимирович Ведущая организация Научно - исследовательский и проектно конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте (ОАО «НИИАС»)
Защита диссертации состоится «25» декабря 2009г. в 14-00 на засе дании диссертационного совета Д. 218.013.01 при Уральском государст венном университете путей сообщения по адресу: 620034, г. Екатеринбург, Колмогорова 66, ауд. 283. fax (343) 358-55-02.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского госу дарственного университета путей сообщения.
Автореферат разослан «_»2009 г.
Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью органи зации, просим направлять в адрес ученого совета университета (fax (343) 358-55-02).
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор В. Р. АСАДЧЕНКО
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. На железнодорожном транспорте Российской Федерации на буксовый узел приходится до 60 % от общего количества браков по вагонному хозяйству и от 25 до 50 % отцепок вагонов в период гарантийного срока после деповского или капитального ремонта. По дан ным ОАО «ВНИИЖТ» в первый месяц эксплуатации выходит из строя до 35 % буксовых узлов, в первую очередь, по дефектам смазки и грубым на рушениям технологии монтажа. В последующие месяцы растут отцепки по дефектам смазки, торцевого крепления, повреждениям колец подшипника, роликов и сепаратора. Значительная часть неисправностей буксового узла связана с повышением его нагрева с различной интенсивностью.
Контроль состояния буксовых узлов в эксплуатации производится ви зуально на пунктах технического обслуживания осмотрщиками вагонов, а на перегонах и подходах к пунктам технического обслуживания (ПТО) – напольными бесконтактными средствами теплового контроля (СТК) по ин фракрасному (ИК) излучению от букс проходящих поездов. По существу, СТК являются основным аппаратным средством контроля буксовых узлов на российских железных дорогах и большинстве зарубежных дорог.
Данные системы контроля технического состояния подвижного со става позволяют своевременно выявлять появляющиеся в процессе экс плуатации неисправности ходовых частей подвижного состава и, тем са мым, предупредить возникновение необратимых отказов, способных при вести к авариям и крушениям.
Широкое применение СТК в деле обеспечения безопасности движе ния ставит большое количество вопросов в процессе проектирования, экс плуатации и совершенствования СТК и подвижного состава, решение кото рых требует проведения теоретических и экспериментальных исследований.
Однако исследования в данной области носят разрозненный характер, ка сающийся или объекта диагностирования – буксы, или вопросов совершен ствования оборудования СТК. Необходим системный подход к организации и проведению исследований.
Цель исследования. Данное исследование посвящено развитию на учных и технических основ бесконтактного теплового контроля букс в движущихся поездах.
В соответствии с поставленной в диссертации целью сформулирова ны следующие задачи:
1. Разработать метод исследования бесконтактного теплового кон троля различных типов буксовых узлов с цилиндрическими и коническими роликоподшипниками.
2. Разработать комплекс математических моделей бесконтактного те плового контроля букс и его вычислительную реализацию для имитацион ного моделирования всего процесса контроля.
3. Разработать на базе созданных математических моделей методику оценки контролепригодности ходовых частей подвижного состава к тепло вой бесконтактной диагностике букс.
4. Провести экспериментальные исследования теплового состояния буксового узла в эксплуатационных и стендовых условиях, выполнить экс периментальную оценку достоверности моделей и целесообразности реали зованных технических решений в усовершенствованных средствах теплово го контроля.
5. Выполнить теоретические исследования на моделях для решения технических задач, возникающих при эксплуатации и совершенствовании бесконтактного теплового контроля.
6. Предложить расчетно-апостериорную модель статистического ха рактера для распознавания класса неисправных букс и выбора пороговых значений теплового контроля.
7. Разработать и реализовать основные положения создания распреде ленной системы теплового контроля и мониторинга нагрева буксовых узлов в движущихся поездах с многоуровневой передачей и обработкой инфор мации.
8. Предложить программно-технические решения по созданию сис тем теплового бесконтактного контроля букс и совершенствования техно логии контроля системами, находящимися в эксплуатации.
Решение этих задач позволит повысить эффективность контроля на грева букс подвижного состава в пути следования, что является важнейшим условием повышения безопасности движения поездов на сети железных до рог РФ.
Методика исследования. Общая методика исследований построена на использовании методов теплопередачи и теплообмена, конечного эле мента (МКЭ), имитационного моделирования, методах теоретической ме ханики, виртуального трехмерного моделирования, идентификации, анали тической геометрии, статистики и теории вероятности, теплотехнических контактных и бесконтактных измерений, объектно-ориентированного про граммирования, компьютерных технологий, испытаний в реальных услови ях и на стендах, обобщении современных тенденций развития СТК.
Достоверность исследования основана на использовании при оценке корректности разработанных моделей теплового контроля результатов про веденных испытаний буксовых узлов на стендах (расхождение результатов расчетов и данных измерений не более 10 %) и на вагонах в реальных усло виях эксплуатации, а также результатов периодически проводимых стати стических анализов уровней нагрева букс в общесетевой эксплуатации на дорогах ОАО «РЖД».
Обоснованность результатов исследований достигается комплексным использованием проверенных практикой теоретических и эмпирических методов исследования, а модели процесса теплового контроля согласуются с опытом создания и совершенствования средств теплового контроля.
Обоснованность реализованных технических решений средств тепло вого контроля оценивалась сопоставлением показаний, полученных СТК бесконтактным способом с контактными измерениями температур буксо вых узлов в зоне контроля (среднее расхождение измерений составляет не более 6%), а также положительными результатами подконтрольной экс плуатации на сети дорог ОАО «РЖД».
На защиту выносятся следующие положения:
1. Метод исследования бесконтактного теплового контроля различ ных типов буксовых узлов с цилиндрическими и коническими роликопод шипниками.
2. Комплекс математических моделей бесконтактного теплового кон троля, интегрирующий моделирование следующих процессов: действия на грузок на буксовый узел во время движения вагона;
выделения тепла в зо нах трения;
распространения тепловых потоков от подшипников к шейке оси и к наружным поверхностям, доступным для теплового контроля зон корпусов букс;
излучения тепловой энергии с поверхности буксы в ИК об ласти спектра;
восприятия ИК излучения приемником напольных средств контроля при воздействии различных дестабилизирующих факторов внеш ней среды с учетом различных геометрических параметров корпусов букс и характера ориентации сканирующей системы.
3. Методика выбора пороговых значений признаков работоспособно го состояния букс.
4. Разработка и применение для различного подвижного состава ме тодики оценки контролепригодности ходовых частей подвижного состава к тепловой бесконтактной диагностике букс.
5. Результаты экспериментальных исследований температурных ре жимов буксовых узлов с различными типами подшипников, находящихся в работоспособном и предаварийном состояниях, проведенных на стенде, в поездных условиях и в процессе подконтрольной эксплуатации.
6. Теоретические результаты, полученные на моделях:
– особенности распределения тепловых потоков от подшипников к потенциальным зонам контроля на корпусах букс разнородного подвижного состава;
– оценка влияния нагрева ободов, дисков и ступиц колес при коло дочном торможении и осей колесных пар при дисковом торможении на на грев подшипников и корпусов букс в контролируемых зонах;
– характер нагрева буксовых узлов в аварийных режимах работы с наличием различных неисправностей.
7. Программно-технические решения, реализованные при создании средств теплового контроля нового поколения КТСМ-02, совершенствова нии контроля базовыми средствами КТСМ-01, разработке и эксплуатации отраслевой распределенной системы контроля и мониторинга нагрева букс.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Предложен новый метод исследования бесконтактного теплового контроля различных типов буксовых узлов с цилиндрическими и коничес кими роликоподшипниками, основанный на:
– имитационном моделировании всего процесса бесконтактного теп лового контроля;
– комплексных экспериментальных исследованиях температурных режимов буксовых узлов в работоспособном состоянии и при наличии ос новных предаварийных неисправностей;
– распознавании класса неисправных букс при тепловом контроле с учетом опытных данных.
2. Впервые создан комплекс связанных математических моделей бесконтактного теплового контроля различных типов буксовых узлов с ци линдрическими и коническими роликоподшипниками.
Комплекс включает следующие математические модели, разработан ные в рамках исследования и имеющие научную новизну:
– термомеханическая модель функционирования буксового узла, ко торая позволяет моделировать процесс образования тепла в роликоподшип никах цилиндрического и конического типа при рабочих и аварийных ре жимах, теплопередачу в буксовом узле и теплоотдачу во внешнюю среду в зависимости от нагрузок на буксовый узел и скорости движения вагона;
– математическая модель пространственного сканирования буксы приемником ИК излучения при проследовании поезда, позволяющая полу чить траекторию сканирования буксы любой заданной геометрии при лю бых углах ориентации приемника ИК излучения;
– математическая модель ИК излучения с зоны сканирования буксо вого узла, передачи лучистой энергии на приемник ИК излучения и опреде ление уровня сигнала излучения, соответствующего относительному и аб солютному нагреву буксового узла.
3. Предложена апостериорная модель статистического характера для распознавания класса неисправных букс при тепловом контроле и выбора контрольных значений признаков оценки работоспособного состояния букс.
4. Впервые на базе комплекса моделей бесконтактного теплового контроля разработана методика оценки контролепригодности ходовых час тей подвижного состава к тепловой бесконтактной диагностике букс.
Практическая ценность проведенных исследований состоит в сле дующем:
1. Для имитационного моделирования разработана вычислительная реализация комплекса математических моделей бесконтактного теплового контроля различных типов буксовых узлов. Это позволяет проводить чис ленные исследования процессов теплового контроля и разрабатывать реко мендации по созданию новых систем теплового контроля и совершенство вания технологии контроля базовыми системами, существенно сократив объем экспериментальных исследований.
2. На базе созданных математических моделей реализована методика оценки контролепригодности ходовых частей подвижного состава к тепло вой бесконтактной диагностике букс, которая может быть использована на стадии проектирования нового подвижного состава для оценки эффектив ности применяемых средств теплового контроля. Методика апробирована для скоростного пассажирского и тягового подвижного состава и позволила обосновать внедрение на основных магистралях страны конкретные техни ческие решения и алгоритмы теплового контроля.
3. Теоретически и экспериментально получено подтверждение того, что полностью исключить случаи несвоевременного обнаружения аварий ного разрушения подшипников при часто встречающихся неисправностях буксового узла (нарушение торцевого крепления подшипников со сдвигом корпуса буксы и ослабление посадки внутреннего кольца подшипника) только средствами теплового контроля нельзя.
4. На основе полученных и научно обоснованных в работе предложе ний создания и модернизации систем теплового контроля букс разработано техническое обеспечение принципиально новой многофункциональной на польной системы диагностики подвижного состава КТСМ-02 с возможно стями подключения к ней подсистем контроля других параметров техниче ского состояния подвижного состава.
5. С учетом структуры и принципов обслуживания подвижного со става в пути следования разработана и программно-аппаратно реализована, на базе оборудования КТСМ, распределенная система теплового контроля и мониторинга нагрева буксовых узлов (АСК ПС) отраслевого назначения.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных в дис сертации исследований использованы при разработке системы теплового контроля КТСМ-02, совершенствовании установок КТСМ-01 для контроля букс разнотипного подвижного состава, для разработки таблиц настройки порогов тревожной сигнализации СТК и применения их на сети ОАО «РЖД». К концу 2008 г. доля КТСМ в общем количестве СТК на дорогах России составляла 100 %, из них доля КТСМ-02 составляла 33 %. Распре деленная система теплового контроля и мониторинга нагрева буксовых уз лов АСК ПС внедрена на 17 дорогах сети ОАО «РЖД».
Апробация работы. Основные положения работы изложены и одобрены на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (Екатеринбург, УрГУПС, 2003 г.);
на 4, 5, 6, 7-ой научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, 2003-2006гг.);
на 3-й и 5-й научно-технических конференциях «Подвижной состав ХХ1 века (Идеи.
Требования. Проекты)» (Санкт-Петербург, ПГУПС, 2003, 2005 гг.);
на LXVI Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы железнодорожного транспорта» (Днепропетровск, ДИИТ, г.);
на НТС ОАО РЖД (29.08.08);
на НТС секции ученого совета ФГУП ВНИИЖТ;
на научно-технических совещаниях при старшем вице президенте ОАО «РЖД» В. А. Гапановиче (2004–2009 гг.), посвященных проблемам теплового контроля букс подвижного состава;
на НТС филиала ОАО «РЖД» «Свердловская железная дорога» в 2006 г.;
на заседании лаборатории колесных пар и буксового узла ФГУП ВНИИЖТ;
на семинарах кафедры «Вагоны» УрГУПС в 2001–2009 гг.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 40 научных работах, опубликованных в журналах «Железнодорожный транспорт», «Вестник ВНИИЖТ», «Транспорт, наука, техника, управление», «Транспорт Урала», «Локомотив», «Автоматика, связь, информатика», «Тяжелое машиностроение», «Вагоны и вагонное хозяйство», научных трудах РАН, МИИТ, УрГУПС, и материалах конференций всероссийского и международного уровней. По теме исследований получено 3 патента РФ на изобретения и одно положительное решение на выдачу патента на изобретение.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов с выводами в каждой из них, заключения, библиографического списка, включающего 182 наименований, изложена на 362 страницах основного текста, включающего 173 рисунка в тексте, два приложения.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности разрабатываемой в диссертации научной проблемы, показывает ее народнохозяйственное зна чение. Большое внимание уделяется вопросам теплового контроля букс подвижного состава, так как он обеспечивают предотвращение аварийных ситуаций, связанных с неисправностями буксового узла ходовых частей.
В первом разделе дан краткий обзор теоретических и эксперимен тальных исследований тепловых процессов в буксовых узлах, выполнен анализ конструктивных особенностей буксовых узлов и рам тележек, влияющих на тепловой контроль, а также анализ технических решений сис тем бесконтактного теплового контроля букс и основных направлений их совершенствования, сформулированы основные задачи диссертационной работы.
Исследованиям работоспособности в эксплуатации буксовых узлов с подшипниками трения скольжения и трения качения, повышению надежно сти буксового узла, анализу конструкции посвящены работы российских ученых П.С. Анисимова, В.Н. Белоусова, П.П. Бомбардирова, И.А. Буше, Г.Ф. Гусева, В.И. Донских, О.М. Савчука, С.Г. Иванова, Ю.М. Казанцева, Л.А. Колосова, Н.Н. Кудрявцева, В.В. Лукина, В.В. Новикова, В.Л. Образ цова, М.В. Орлова, А.И. Полякова, С.В. Петрова, В.Н. Цюренко, С.Х. Флю менбаума, В.Я. Френкеля, П.С. Юракова.
Разработке принципов комплексного контроля технического состоя ния подвижного состава и диагностики букс по ИК излучению посвящены труды В.М. Алексенко, А.Г. Алексеева, М.В. Анпилова, В.А. Берзина, С.Я. Быкова, Э.Г.Миронова, С.Н. Лозинского, В.Л. Образцова, М.В. Орлова, Е.Н. Розенберга, В.В. Рябцева, В.И. Самодурова, Г.К. Сендерова, М.М. Со колова, Е.Е. Трестмана, А.В. Третьякова, А.Ф. Тагирова, П.С. Шайдурова.
Исследованиям методов обработки информации при выявлении на гретых букс посвящены работы В.Л. Образцова, В.И. Самодурова, Х.Б.
Шмермана, Е.Е. Трестмана и других ученых.
Отмеченным проблемам посвящены также работы зарубежных изо бретателей и ученых, среди которых: Дж. Амстронг, К. Галахер, Р. Бернес, М. Лаплеш, М.А. Роланд, Г. Сиблей, У. Роттенштайнер, В.В. Рыбак, С.К. Скляренко, А.А. Строкач и многие другие.
Выполненный анализ имеющихся теоретических и эксперименталь ных исследований, а также анализ конструктивных особенностей буксовых узлов и рам тележек в контексте теплового контроля показывает, что:
– не выполнялись комплексные исследования теплового контроля букс, которые бы интегрировали анализ функционирования объекта диаг ностирования и работы средств теплового контроля в модель всего процес са контроля;
– не были исследованы особенности распределения тепловых потоков от подшипников к потенциально контролепригодным зонам корпусов букс разнородного подвижного состава, так как возможности использованных расчетных моделей сводились к оценке средних по объему и поверхности корпуса буксы температур, а большая часть исследований посвящалась оценке правильности выбора параметров подшипников и марок смазок;
– недостаточно исследовались температурные режимы букс и вопро сы обеспечения эффективного теплового контроля разнородного (грузовой, тяговый, пассажирский) подвижного состава с различными конструкциями тележек и букс, в том числе с коническими подшипниками кассетного типа;
– не учитывалось влияние аэродинамических свойств рамы тележки, которые у отдельных типов тележек существенно определяют разный на грев подшипников и корпусов букс на первой и второй осях;
– не было изучено влияние на процессы теплового контроля в сово купности таких факторов, как скорость движения поезда, колебания колес ных пар во время движения, диаметр (износ) колес;
– не проводилось исследование взаимного влияния нагрева ободов, дисков и ступиц колес при колодочном торможении и осей колесных пар при дисковом торможении на нагрев подшипников и корпусов букс в кон тролируемых зонах;
– мало изучены вопросы своевременного обнаружения средствами теплового контроля неисправных буксовых узлов движущихся поездов с наличием различных неисправностей (защемление роликов между бортами наружных колец подшипников, проворот внутренних колец, нарушение торцевого крепления подшипников и др.) до разрушения подшипников.
Кроме того, не были решены следующие технические проблемы:
– создания комплексной многофункциональной напольной системы диагностики подвижного состава, в которой контроль нагрева букс стано вился бы одной из подсистем, а не базовой подсистемой;
– обоснованного выбора пороговых значений контроля нагрева букс, в том числе и в зависимости от типа подшипников и расстояний между пунктами контроля на участках безостановочного следования поездов;
– в средствах контроля отсутствовали возможности автоконтроля и автокоррекции параметров приемо-усилительных (измерительных) трактов, самодиагностики всех составных частей и узлов, устройств электропитания и каналов связи;
– отсутствовала система передачи и сбора диагностической информа ции с целью централизованной обработки и мониторинга теплового состоя ния буксовых узлов на участках безостановочного движения поездов, хра нения баз данных и выдачи по запросам пользователей всей необходимой информации;
– не были решены вопросы стыковки и информационного взаимодей ствия СТК линейного уровня с автоматизированными системами верхнего уровня (АСУ ПТО, АСОУП, ГИД, КАС АНТ и др.) Анализ тенденций в направлении совершенствования отечественных и зарубежных систем бесконтактного теплового контроля букс показывает, что процесс в данной области идет по следующим направлениям:
– поиск зон контроля, наилучшим образом отражающих техническое состояние буксовых узлов различных типов;
– увеличение зоны сканирования нижней части корпуса буксы благо даря развертке обзора приемника ИК излучения;
– отказ от камер, установленных рядом с путевой решеткой на от дельном фундаменте в балласте, для теплового контроля пассажирских и грузовых вагонов;
– обеспечение интеграции СТК с напольными системами диагностики подвижного состава, основанными на иных физических принципах;
– совершенствование систем передачи информации о результатах контроля.
Таким образом, выполненный анализ исследований и технических решений позволил сформулировать цель и задачи исследований работы.
Во втором разделе рассматривается разработка и компьютерная реализация уникального комплекса математических моделей теплового бесконтактного контроля букс, включающего моделирование работы объек та контроля (буксового узла) и моделирование работы средства теплового контроля при проходе поезда.
Комплекс математических моделей бесконтактного теплового контро ля буксовых узлов состоит из следующих блоков – моделей (рисунок 1).
1. Модель движения единицы подвижного состава для оценки пере мещений и силового режима работы буксового узла.
2. Термомеханическая модель функционирования буксового узла.
3. Модель сканирования буксы подвижной единицы приемником ИК излучения при проследовании поезда.
4. Моделирование ИК излучения с зоны сканирования и передачи энергии на приемник ИК излучения СТК.
5. Модель работы приемного устройства СТК и определения нагрева буксы.
В первом блоке (см. рисунок 1) решается задача компьютерного мо делирования движения вагона по заданным случайным неровностям. Мо делирование грузового вагона производится с помощью разработанной на кафедре «Вагоны» УрГУПС модели движения вагона, имеющей 114 степе ней свободы. Для моделирования используется программная среда UM, реализующая автоматический синтез уравнений движения систем связан ных твердых тел.
Выходными данными моделирования движения являются зависимо сти вертикальных и осевых сил, действующих на буксовый узел (осцилло граммы), по которым определяются математические ожидания (для случай ных неровностей) указанных параметров.
Во втором блоке реализуется термомеханическая модель, состоящая в свою очередь из подмоделей (2.1–2.3, см рисунок 1):
– образования тепла в работающем подшипнике (2.1);
– распределения температурных полей в буксовом узле (2.2);
– газодинамическая (2.3).
На уровне подмодели 2.1 решается задача определения теплообразо вания в работающем подшипнике от нагрузок, полученных на модели блока 1. На рисунках 2 и 3 показаны расчетные зоны теплообразования для букс с коническим и цилиндрическими подшипниками.
Тепловые потоки от сил трения качения Определение тепловых потоков базируется на расчете угловых и ли нейных скоростей деталей подшипника, расчете распределения нагрузок на ролики. Условимся считать зону, ограниченную углом и в которой вос принимается телами качения радиальная нагрузка, действующая на под шипник, «нагруженной зоной», соответственно зону, ограниченную углом 360 –, «ненагруженной зоной».
Тогда радиальная плотность теплового потока по «нагруженной зоне» наружного кольца (см. рисунок 2) каждого цилиндрического подшипника от сил трения качения определяется ) / 2R l = (Qр + Qц )fкiн 2R qнр _ цл = ((Qр + Qц )fк iн 360l (1).
360 р 360 360 р Суммарная плотность теплового потока в радиально нагруженной зо не наружного кольца от первого и второго ряда роликов конического под шипника (см. рисунок 3) вычисляется 1 + (Q + Q )f i = (Q + Q )f i q 1, ц к н 360l. (2) нр _ кн р1 ц к н 360l р р р Плотность теплового потока по «ненагруженной зоне» наружного кольца каждого цилиндрического подшипника (см. рисунок 2) определяется q 360 = Q f i ц к н 360l. (3) нр _ цл р Рисунок 1– Схема комплекса математических моделей функционирования объектов и средств тепловой диагностики букс ( – блоки моделей;
– входные-выходные данные блоков) Рисунок 2 – Зоны образования тепловых потоков в буксе с цилиндрическими подшипниками, принятые при моделировании Рисунок 3 – Зоны образования тепловых потоков в буксе с двухрядным коническим подшипником, принятые при моделировании Суммарная плотность теплового потока по «ненагруженной зоне» на ружного кольца конического подшипника (см. рисунок 3) определяется 360 3601, =Q f i +Q f i q. (4) нр _ кн ц к н 360l ц к н 360l р p В формулах (1) – (4) f к – коэффициент трения качения для подшипника (используется зависимость изменения коэффициента трения от температу ры на подшипнике, зависимость определяется путем идентификации по экспериментальным данным в разделе 3);
l р – длина ролика;
iн – число кон тактов, приходящихся в секунду на наружном кольце подшипника;
Qр – средняя радиальная нагрузка на ролик;
Q = m d 2 – центробежная сила, ц р0c действующая на каждый ролик в подшипнике, m р – масса ролика, d 0 – диаметр окружности центров роликов, с – угловая скорость вращения се паратора.
При расчете радиальной плотности теплового потока на внутреннем кольце подшипника учитывается, что внутреннее кольцо вращается, поэто му в модели тепловой поток прикладывался на всю радиальную поверх ность внутреннего кольца (см. рисунки 2, 3). Тогда радиальная плотность теплового потока на внутреннем кольце находится q = [Q Q ] f i l / S, (5) вр р ц квв в где lв = 2Rв – длина дуги нагруженной зоны внутреннего кольца по средней линии;
S в = 2Rв l р – площадь поверхности внутреннего кольца.
Для внутренних колец конического подшипника в выражении (5) со ответственно для первого кольца – 1, второго кольца – 2.
Тепловые потоки от сил трения скольжения Расчет плотности теплового потока на торцевые поверхности колец цилиндрического подшипника (см. рисунок 2).
Плотность теплового потока на наружном кольце 2Q f n ZR а ск с сн q=, (6) на S на где Qа – средняя осевая (аксиальная) нагрузка на ролик;
Z – количество ро ликов;
nc – частота вращения сепаратора;
R -радиус средней линии тор сн цевой поверхности наружного кольца;
S площадь торцевой поверхности – на борта наружного кольца;
f – коэффициент трения скольжения для цилин ск дрического подшипника.
Плотность теплового потока на внутреннем кольце цилиндрического подшипника 2Q f n ZR а ск с св, q= (7) ва S ва где Rсв – радиус средней линии торцевой поверхности борта внутреннего кольца;
S – площадь торцевой поверхности борта внутреннего кольца.
ва Для конического подшипника (см. рисунок 3) аксиальная плотность теплового потока на внутреннем кольце второго и первого рядов кониче ского подшипника от радиальной нагрузки d Q f Zn sin 0 p ск с, (8) q= ва S к ва где S к ва – площадь торцевой поверхности внутреннего кольца, взаимодей ствующей с роликами;
f ск – коэффициент трения скольжения для кониче ского подшипника;
– угол контакта.
Аксиальная плотность теплового потока от осевой нагрузки на внут реннем кольце ряда роликов, воспринимающим первым осевую нагрузку d Q f Zn = 0 а ск с. (9) q ва1 S к ва Тепловые потоки, вычисляемые по формулам (1) – (9), используются в качестве «нагрузок» для оценки распределения температурных полей в буксовом узле с цилиндрическими и коническим подшипниками методом конечных элементов (МКЭ).
Уравнение теплопереноса в частных производных, записанное в век торно-матричном виде, выразится следующим образом:
C Т + { }T {L}T + {L}T {q} = {q&}, V && (10) t где – плотность;
С – теплоемкость;
Т – температура;
t – время;
{V} – вектор скорости передачи тепла;
{L} – векторный оператор дифференцирова ния {q} – вектор теплового потока;
{&& } – генерация тепла в единице объе q& ма.
Уравнение (10) в матричной форме, приведенное к методу конечных элементов, записывается следующим образом:
.
[K ]{T }+ [C ]{T } = {Q}, (11) где [K] – матрица теплопроводности;
[С] – матрица удельных теплоемко.
стей;
{Т} – узловые температуры;
{T } – скорость изменения температуры;
{Q}– вектор узлового теплового потока.
Для аппроксимации геометрии буксового узла (рисунок 4) примени тельно к тепловому анализу и использованному программному комплексу ANSYS выбран объемный десятиузловой КЭ в виде тетраэдра.
При разработке конечно элементной модели и расчетной схемы применен оригинальный подход, кото рый позволил смоделировать теплопере нос из «нагруженной зоны», ограничен ной углом, в «ненагруженную» за счет вращающихся деталей. Очевидно, что основной нагрев роликов, сепаратора, смазки и внутренних колец подшипника происходит в «нагруженной зоне», огра ниченной углом, а в «ненагруженной зоне» происходит перераспределение те- Рисунок 4 – Аппроксимация пла между движущимися и неподвижны- конечными элементами буксо ми деталями буксового узла. Поэтому вого узла с коническим под основным элементом примененного шипником и адаптером подхода, учитывающим описанные выше явления, является использование в модели следующего допущения: объем, занимаемый роликами, сепаратором и смазкой, в подшипнике заменен в цилиндрической системе координат модели единым телом вращения (РСС – ролик-сепаратор-смазка), которое также разбивалось на конечные элемен ты. При этом через свойства отдельных компонентов определялись эквива лентные теплофизические свойства (плотность, теплоемкость и теплопро водность) тела РСС. Эквивалентная теплопроводность РСС комплекса РСС в направлениях осей цилиндрической системы координат модели опреде лялась по формуле V Z + V + V рол рол сс см см РСС = n, VРСС где n – частота вращения соответственно: для оси y – частота вращения се паратора подшипника;
n = 1– для оси z, для оси x – частота вращения роли ка вокруг своей оси;
V – объем;
индексы: рол – ролик;
с – сепаратор;
см – смазка.
Это позволило смоделировать перераспределение тепла при вращении обоймы роликов с сепаратором. Аналогичным образом в модели определя лись теплопроводности всех вращающихся тел буксового узла.
Учитывая, что при движении буксовый узел функционирует в усло виях обтекания воздушным потоком, который влияет на тепловой режим узла, то разработана модель для расчета обтекания встречным потоком воз духа буксового узла. Задача состоит в определении граничных условий для расчета по МКЭ – коэффициентов теплоотдачи и распределении их по по верхности корпуса буксы и крышки при различных начальных температу рах буксы, температурах и скорости набегающего потока.
Буксовый узел представляет тело сложной геометрической формы, которую можно смоделировать как сочетание цилиндрических и плоских поверхностей. Поэтому решение задачи теплоотдачи на поверхности буксо вого узла производилось для ламинарного режима с помощью критериаль ных уравнений для цилиндра и пластины.
В третьем блоке (см. рисунок 1) моделируется проследование буксо вого узла через зону контроля приемника ИК излучения. При этом решается геометрическая пространственная задача динамического пересечения поверхности КТСМ- буксового узла с зоной контроля прием ника, выраженной в пространстве кону сом с вершиной, находящейся в точке, из которой исходит оптическая ось прием ника (рисунок 5). Поскольку СТК воспри нимает тепловое излучение только на ружных поверхностей элементов, то в мо дель сканирования буксы передаются данные (координаты) лишь внешних уз- КТСМ- лов конечно-элементной сетки. Остав шиеся после селекции конечные элементы приобретают трехузловую структуру, представляющую собой участок поверх ности, ограниченной треугольником. За дача решается путем перевода с помощью векторно-матричных преобразований ко ординат узлов КЭ из подвижной системы координат, связанной с буксой, в базовую Рисунок 5 – Пересечение по неподвижную («земля»). Это позволяет верхности КЭ модели буксы с при расчете положения узлов КЭ учесть зоной контроля ИК приемника перемещения и углы поворота буксы в пространстве при движении вагона. В результате на базе исходного массива конечных элементов (КЭ) с поверхности контролируемого буксового узла единицы подвижного состава MT[КЭ1S, КЭ2S,… КЭiS,… КЭkS] (k – номер ко нечного элемента;
s – индекс КЭ, у которых три узла находятся на поверх ности буксового узла) в процессе «отсева» КЭ по признаку «попадания» в зону контроля приемника ИК излучения формируется новый массив n ко нечных элементов, находящихся в данный момент времени в зоне контроля и тепловое излучение которых воспринимается приемником.
Таким образом, в четвертый блок передается геометрическая и физи ческая информация о конечных элементах, находящихся в зоне контроля приемника в каждый момент времени. По рассчитанным значениям средних температур в КЭ, находящихся в зоне контроля («пятне») в каждый момент времени, может быть построена осциллограмма теплового сигнала, пропор ционального считанной температуре.
В четвертом блоке комплекса моделей выполняется определение па раметров инфракрасного излучения с полученного в блоке 3 массива ко нечных элементов n, попавших в зону контроля приемника в каждый мо мент времени. При этом моделируются факторы, влияющие на прием излу чения, это – свойства внешней среды, геометрические параметры системы.
Лучистый поток, воспринимаемый приемником, со спектральной чув ствительностью, заключенной в диапазоне длин волн 1,…2 вычисляется согласно законов теплообмена излучением по формуле S об cos( ) cos( ) S ( ) K a ( ) K 0 ( ) r (, T )d F=, (12) l 1 (S ) Sоб – рабочая площадь объектива приемника ИК излучения;
где S() – спектральная чувствительность приемника ИК излучения;
Ka() – коэффициент пропускания атмосферы;
K0() – коэффициент пропускания оптической системы;
r(,T) – спектральная интенсивность плотности излучения абсолютно черного тела;
l – расстояние от центра объектива до площадки излучения;
– степень черноты или коэффициент излучения;
, – углы между направлением оптической оси и нормалью поверх ности.
Конечные элементы в зоне контроля имеют различную температуру и соответственно положение в спектре максимальной спектральной плотно сти излучения, которое определяется законом смещения Вина. Кроме того, КЭ имеют различную ориентацию относительно приемника. Учитывая это, а также считая площадь КЭ очень малой величиной, запишем выражение (12) для массива n КЭ, попадающих в зону контроля, в виде q S об S K a K 0q Riq S i cos( i ) n u n u F = Fi = q q l i2, (13) i =1 q =1 i =1 q = i – номер КЭ;
где q – номер интервала спектра излучения;
S, Kaq, K0q – спектральная чувствительность и коэффициенты пропус q кания атмосферы и приемника, определенные как константы для q-го интервала спектра излучения;
u – количество интервалов, на которые разбита инфракрасная об ласть спектра электромагнитного излучения;
Si – площадь i-го конечного элемента;
Riq – суммарная плотность излучения i-го КЭ как абсолютно черно го тела, в интервале диапазона волн q;
i – угол между направляющим вектором ориентации приемника и нормали i-го конечного элемента;
li – расстояние между приемником и i-м конечным элементом.
q Суммарная плотность излучения Ri i-го КЭ определяется из выра жения закона Планка для распределения интенсивности излучения по спек тру для абсолютно черного тела q 2 h c R = d q i hcT, (14) 1 e K i q где h = 6.6256·10-34 Дж·с – постоянная Планка;
c = 2.998·108 м/с – скорость света;
к = 1.38054·10-23 Дж/К – постоянная Больцмана;
T – абсолютная тем q q пература черного тела в градусах К, 1, 2 – границы q-го диапазона излу чения.
В 5 блоке моделируется работа приемного устройства СТК. В зависи мости от эксплуатационных условий и возможностей аппаратуры применя ются абсолютная (температурная) или относительная (по относительной температуре или в условных квантах теплового сигнала) оценки нагрева букс подвижного состава.
Определив значение мощности излучения F, принимаемого приемни ком СТК (см. формулу 13), можно рассчитать среднюю абсолютную темпе ратуру поверхности нагретого тела (буксы) в зоне контроля («пятне»). При этом для расчета воспользуемся формулой (12), подставляя в нее средние значения параметров (l,, ), общую площадь S зоны контроля («пятна») поверхности буксы и заданное значение прозрачности среды Ka.
Запишем формулу (12) для СТК с диапазоном спектральной чувстви тельности приемника (1 – 2) S Sоб cos( ) cos( ) F= S K а Ko Rср, (15) l где S – площадь зоны контроля поверхности буксы («пятна»);
Rср – средняя плотность излучения поверхности тела в зоне контроля.
Из выражения (15) найдем среднюю плотность излучения Rср F l Rср =. (16) S Sоб S Kа Ko cos( ) cos( ) Опишем связь между плотностью излучения и температурой излуча теля. Поскольку интеграл в формуле Планка (14) не поддается аналитиче скому решению, установить зависимость между R и Т можно путем ап проксимации решений интеграла, полученных численными методами. То гда средняя температура поверхности буксы в зоне контроля ИК приемни ком может быть представлена Т ср = f ( Rср ). (17) Уровень теплового сигнала (ТС) в градусах определяется как разность температур Т буксы ТБ и элементов тележки ТТ (фон), находящихся в сходных физических условиях, но при этом не подверженных тепловому влиянию буксы.
Таким образом, разность Т будет равна T = TБ TТ = f (RБ ) f (RТ ).
Для пересчета уровня ТС из градусов в кванты, используемые в сред ствах теплового контроля ПОНАБ, ДИСК и КТСМ, воспользуемся устанав ливаемой при калибровке данной аппаратуры ценой одного кванта Ц в °С (зависит от температуры наружного воздуха ТНВ) Ур.к Ур.к Ц (Т НВ ) = = Т К (Т Н (Т НВ ) Т НВ ), где ТН – температура нагревателя калибратора (зависит от температуры на ружного воздуха ТНВ);
Ур.к, Тк – уровень теплового сигнала на который калибруется прибор в квантах и градусах согласно принятым калибровоч ным таблицам для названной аппаратуры.
Тогда уровень теплового сигнала буксы в квантах Ур = Ц (Т НВ ) Т.
Первые два блока рассмотренного комплекса моделей относятся к функционированию объекта теплового контроля и могут быть названы на ми для удобства «виртуальная букса», третий, четвертый и пятый блоки от носятся к моделированию работы средства теплового контроля и могут быть названы «виртуальный прибор». «Виртуальная букса» и «виртуальный прибор» для каждого конкретного случая (типа подвижного состава, типа СТК) образуют виртуальную модель теплового контроля.
Согласно разработанных и приведенных выше математических моде лей блоков 3–5 было разработано специальное программное обеспечение для компьютерной реализации «виртуального прибора». Программное обеспечение согласно алгоритму осуществляет считывание тепловых полей, полученных на термомеханической модели, обработку траектории сканиро вания, определение осциллограммы сигнала.
В третьем разделе диссертации приведены результаты разработки и реализации комплекса экспериментальных исследований работоспособного и предаварийного состояния буксовых узлов в контексте теплового контро ля, оценки достоверности разработанных моделей и целесообразности реа лизованных технических решений в средствах теплового контроля. Рас смотрим комплекс по его составляющим – видам испытаний.
Измерения температур буксовых узлов в эксплуатационных поездных условиях контактными датчиками температуры Данным видом испытаний решались следующие задачи.
1. Исследование общего температурного состояния подшипников кассетного типа и наружных корпусов букс и полубукс (адаптеров) грузо вых вагонов.
2. Подробное изучение распределений температур в зоне контроля КТСМ-02 (нижней части буксового узла) и верификация по эксперимен тальным данным моделей «виртуальная букса» и «виртуальный прибор».
Испытания проводились контактными непрерывными измерениями температур букс вагонов опытного маршрута на Экспериментальном коль це ВНИИЖТ (ст. Щербинка) ОАО «РЖД» 27–29 июня 2005 г. Для прове дения контактных измерений температуры использовались автономные, цифровые термодатчики с памятью (рисунок 6а). Для исследования общего температурного состояния датчики устанавливались с помощью магнитного крепления на различные зоны снаружи букс, как показано на рисунке 6б, для подробного изучения распределения температур в нижней части буксо вого узла – согласно рисунку 6в. Для п. 2 одновременно фиксировались по казания КТСМ–02 в квантах на исследуемые буксы при проходе поездом поста контроля. Продолжительность испытаний 15 часов (вечер-ночь-утро, включающие движение с постоянной скоростью, торможение, остановки поезда), интервал записи измерений температур в память датчика – 1 мин.
Полученные при контактных измерениях распределения температур буксовых узлов в поездных условиях и зарегистрированные при этом СТК КТСМ–02 значения уровней нагрева букс (в квантах), в сравнении с резуль татами расчетов температур на модели «виртуальная букса» и уровней на грева в квантах на модели «виртуальный прибор», сопоставимы качествен но и количественно (расхождение не более 10 %).
3. Изучение стабильности температурного режима в зоне контроля буксовых узлов с кассетными подшипниками и оценки достоверности пока заний аппаратуры теплового контроля (Северная ж.д.).
Сопоставление результатов измерений температур на 24-х буксах контактными термодатчиками (рисунок 6г) в поездных условиях и одно временно бесконтактным способом с помощью КТСМ-02 показывает, что среднее расхождение измерений букс в зоне сканирования контактным спо собом и бесконтактным способом с помощью КТСМ-02 составляет 1,1С (5,7%) (рисунок 7).
4. Исследование температурного состояния кассетных подшипников и корпусов букс тележек скоростных (до 200 км/час) пассажирских поез дов (Октябрьская ж.д.– Санкт Петербург –- Москва).
Результаты измерений (рисунок 6д) температур буксовых узлов на скоростных тележках модели 68-4076 показывают, что отношение средних значений относительных температур букс четных и нечетных осей (по хо ду движения) измеряемых вагонов в контрольных точках при установив шемся тепловом режиме работы букс составляет 1,28 (рисунок 8).
При смене направления движения поезда, менее нагретые буксы в на правлении поезда в одну сторону на нечетных осях вагонов становятся бо лее нагретыми в обратном направлении, т. к. эти оси становятся вторыми в установка датчика в) корпус магнит а) в креплении ного крепления датчик Термодатчик с магнитным креплением б) Установка термодатчиков при оценке распределения температур в нижней части корпуса буксы (Экспериментальное кольцо) г) Место установки термодат чиков на корпусах буксовых Установка термодатчиков на буксо узлов в зоне контроля КТСМ вых узлах с корпусом и адаптером 02 (Северная ж.д.) для изучения общего температурного режима (Экспериментальное кольцо) ) датчик - датчик д) 2 ось 1 ось термодатчик Установка термодатчиков на корпусах буксовых узлов первой и второй осей тележки модели 68-4076 высокоскоростного пассажирского поезда «Нев ский экспресс» (Октябрьская ж.д.) Рисунок 6 – Измерения температур буксовых узлов в эксплуатационных поездных условиях контактными датчиками температуры Порядковый № буксы (датчика) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Температура буксы, °С получено на КТСМ-02 измерено датчиком Рисунок 7 – Сопоставление результатов измерений температур корпусов При букс контактными датчиками с показанияминагретые буксы в те смене направления движения поезда, менее КТСМ-02 в °С 50 С-Петербург - Москва Москва - С-Петербург 45 стоянка Температура, °С 7: 9: 11: 13: 15: 17: 19: 21: 23: 1: Текущее время суток 1 левая 2 левая 3 левая 4 левая воздух Рисунок 8 – График изменения во времени температур буксовых узлов за один полный рейс поезда «Невский экспресс» Санкт Петербург – Москва – Санкт Петербург тележке по ходу движения и меняется их расположение по отношению к воздушному потоку.
Полученные при испытаниях выводы явились частью исследований причин систематически наблюдаемой разницы показаний аппаратуры КТСМ-01 на буксы четных и нечетных осей скоростных пассажирских по ездов.
Стендовые испытания в режиме эксплуатационных нагрузок с измерением температур на поверхности и внутри буксового узла Испытаниям на специально разработанном стенде подвергалась ось колесной пары с буксовым узлом. Стенд позволяет имитировать действую щие на буксовый узел радиальную и осевую нагрузки. Измерялись темпера туры наружных колец подшипников в 16 точках контактными термопарами, установленными в специальные отверстия в корпусе буксы, и температуры корпуса в этих же сечениях бесконтактным пирометром. По результатам испытаний строились графики выхода на стационарный режим теплового состояния.
Решались следующие задачи:
1. Изучение распределений температур, идентификация по экспери ментальным данным параметров трения для термомеханической модели буксового узла, оценка достоверности моделей.
2. Оценка температур в роликах подшипников по специальной мето дике при выходе на стационарный режим. Подтверждение достоверности термомеханической модели буксового узла.
Для определения температуры ролика изготавливался измерительный ролик с установленным в нем автономным термодатчиком. Сравнение гра фиков расчетных температур и полученных по результатам стендовых ис пытаний буксового узла (рисунок 9) показывает, что максимальное расхож дение расчетов и измерений составило 9%. При этом расчетные темпера турные поля внутри подшипника согласуются с температурами, измерен Цилиндрические подшипники Конический подшипник Рисунок 9 – Сравнение графиков расчетных и экспериментальных темпе ратур элементов корпуса буксы (выход на стационарный режим теплового состояния) ными на роликах в процессе эксперимента, что характеризует достовер ность и работоспособность созданной модели.
Стендовые испытания в режиме неисправностей буксового узла с измерением температур буксового узла Решались следующие задачи:
1. Оценка темпа нарастания аварийных температур с разрушенным торцевым креплением и сдвигом корпуса буксы.
Результаты стендовых испытаний по имитации аварийной ситуации со смещенным корпусом буксы показывают, что при нарушении или отсут ствии торцевого крепления происходит процесс разрушения переднего подшипника, сопровождающийся временным заклиниванием роликов по торцам. При этом температура наружных колец и внешних поверхностей корпуса буксы не превышает минимальных пороговых значений тревожной сигнализации, принятых для настройки средств теплового контроля. В та кой ситуации полностью исключить случаи несвоевременного обнаружения аварийного разрушения подшипников при нарушении торцевого крепления и сползании корпуса буксы только средствами теплового контроля нельзя.
2. Оценка темпа нарастания аварийных температур с ослаблением посадки внутреннего кольца переднего подшипника.
Испытания буксового узла с ослаблением посадки (проворот) внут реннего кольца переднего подшипника показывают, что темп нагрева на ружного кольца в конечной фазе испытаний (12–15 минут от начала) – 4 С /мин, торца оси – 10 С /мин. Для сравнения, темп нагрева работоспособно го подшипника при выходе на стационарный режим в стендовых условиях составляет 0,1–0,2 С/мин в зависимости от значения осевой (аксиальной) нагрузки.
Подконтрольная эксплуатация с мониторингом нагрева буксовых узлов по показаниям бесконтактных напольных средств теплового контроля Решаемые задачи. Статистическая и вероятностная оценка нагрева букс в процессе эксплуатации.
Данный вид исследований проводился с использованием базы пока заний СТК, пополняемой с установок на территории России и позволяющей решать множество задач теплового контроля. В автореферате приводится лишь один пример использования результатов статистических исследова ний, позволивших принять конкретные технические решения.
Наблюдение за опытной эксплуатацией составов с коническими под шипниками показало, что распределения уровней нагрева конических под шипников производства ЕПК на смазке Мобилит 221 носят двумодальный характер, то есть имеется тенденция деления букс на группы с «высоким» (относительно температуры воздуха 25–35 С) и «низким» уровнем нагрева (относительно температуры воздуха 4–10 С). Это явление было зарегист рировано также и при контактных измерениях температур букс с кониче скими подшипниками (см. рисунок 7). Наличие данного факта говорит о не стабильности параметров смазки и препятствует объективному выбору по роговых значений контроля. Предприятие-изготовитель осуществил замену на смазку Буксол и это привело к тому, что распределение принимает од номодальный характер и наиболее вероятный уровень нагрева букс с кас сетными подшипниками сосредоточился около одного значения.
В четвертом разделе приводятся результаты численного экспери ментирования на разработанных моделях с целью получения необходимых для практического использования результатов, позволивших обосновать и внедрить конкретные технические решения в тепловой диагностике.
Для оценки общего температурного режима буксы в диапазоне тем ператур окружающей среды от –40 С до +40 С на термомеханической мо дели проводились расчеты полей температур (рисунок 10) при стационар ном тепловом режиме при скорости движения поезда 60 км/час.
Рисунок 10 – Поля температур (С ) в буксах с различными подшипни ками (температура воздуха 0 С) Анализ построенной зависимости нагрева буксы в указанном диапа зоне температур окружающей среды показывает, что относительная – избы точная температура деталей буксы при –40 С больше в 2–3 раза, чем отно сительная температура этих же деталей при +40 С окружающей среды. Это обусловлено зависимостью силы трения в подшипнике от температуры воз духа, что подтверждает нецелесообразность использования для оценки до пустимого нагрева буксы только абсолютной температуры буксы.
При тепловом контроле по инфракрасному излучению от буксы важ но установить влияние нагрева колеса на нагрев буксы при торможении ко лодочным или дисковым тормозом, а также возникновении нештатных си туаций, когда колесная пара вагонов по причине неисправности тормозов (неотпущенные или самопроизвольно сработавшие) перемещается с при жатыми к ободу колодками. Моделировались различные виды торможения:
многократно повторяющееся, кратковременное, длительное, дисковое, а также движение с неотпущенными тормозами. Для упрощения во всех мо делях использовалась букса грузового вагона. Анализ результатов, часть которых приведена на рисунке 11, показывает, что данные процессы незна чительно сказываются на нагреве наружных контрольных Рисунок 11 – Результаты моделирования нагрева деталей колесной пары при торможении поверхностей буксового узла (в пределах погрешности напольных средств теплового контроля).
Как уже отмечалось, важным является то, какие детали буксового уз ла попадают в зону сканирования приемника инфракрасного излучения.
Поэтому проектирование подвижного состава должно сопровождаться про веркой контролепригодности конструкции его ходовых частей к диагности ке системами бесконтактного теплового контроля.
Основываясь на моделях «виртуальная букса» и «виртуальный при бор», была предложена расчетная методика оценки контролепригодности ходовых частей подвижного состава к тепловой бесконтактной диагностике букс. Методика может быть использована для оценки эффективности при меняемых средств теплового контроля и при проектировании подвижного состава нового поколения.
Методика апробирована на скоростных тележках модели 68-4076 пас сажирских вагонов в составах поездов типа «Невский экспресс». Анализ рассчитанных на модели (температура воздуха 0 С, скорость движения ва гона 180 км/час) полей скоростей обтекания на поверхностях тележки пока зывает, что по различным поверхностям корпуса буксы скорости обтекания на первой оси в 1,3–2 раза выше, чем на второй (рисунок 12). Это приводит к тому, что теплоотдача от буксы с соответствующих поверхностей в атмо сферу на первой оси выше, чем на второй, а значит, температура этих по верхностей при одних и тех же технических состояниях подшипников будет ниже на первой оси, чем на второй. Выполненные расчеты на термомехани ческой модели буксового узла подтвердили это, так как полученные отно сительные температуры (разница между абсолютной и температурой возду ха) деталей букс первой и второй осей различаются в 1,3–1,7 раза в зависи мости от выбранной зоны на корпусе буксы или подшипника. После тепло Рисунок 12 – Поля скоростей обтекания на поверхностях тележки модели 68–4076 при движении вагона со скоростью 180 км/час вого расчета, следуя схеме исследований (см. рисунок 1), с использованием трехмерных компьютерных моделей выполнялось определение траектории сканирования букс тележки приемником ИК излучения средства теплового контроля, а также определение осциллограммы теплового сигнала, пропор ционального считанной средней температуре (рисунок 13).
Анализ осциллограмм сигналов показывает, что при одинаковом тех ническом состоянии подшипников в буксах на первой и второй осях, тепло вой сигнал, считываемый системой контроля КТСМ-01, с буксы на первой оси в 2,05 раза меньше (см. рисунок 13), чем с буксы на второй оси. Это происходит, как было показано моделированием, за счет неравнозначного обдува (охлаждения) букс на первой и второй осях, а также из-за считыва ния теплового сигнала при данной ориентации приемника с разных зон бук совых узлов нагретых неодинаково.
При контроле по нижней поверхности буксы (КТСМ-02) отличие ам плитудных значений по буксам на первой и второй оси менее существенное (1,21 раза), как показывают аналогичные расчетные осциллограммы сигна ла (см. рисунок 13, б). Это связано с тем, что контроль производится по од ной и той же зоне поверхности букс и отличие значений амплитуд сигналов вызвано только аэродинамическими причинами.
Полученные результаты исследований контролепригодности тележек скоростных поездов послужили основанием для первоочередного оснаще ния установками КТСМ-02 основных магистралей ОАО «РЖД». Методика была использована также для обоснования внедрения на ОАО «РЖД» спе циализированных пунктов теплового контроля тягового подвижного соста ва с комбинированным использованием КТСМ-01 и КТСМ-02.
Разработанная термомеханическая модель позволяет моделировать распределение температур в буксовом узле в отдельных аварийных ситуа циях, наиболее часто встречающихся в эксплуатации. Это касается процес са нарушения торцевого крепления подшипников со сдвигом буксы, а также процесса ослабления посадки внутренних колец подшипников. В разделе диссертации приведены результаты экспериментального исследования си туаций с данными неисправностями. По причине ограниченных возможно стей применяемых технических средств при проведении стендовых испы таний исследовались только начальные стадии развития неисправных со стояний буксы. В разделе 4 на модели прогнозировалось возможное разви тие состояний буксового узла с указанными неисправностями.
При разрушенном торцевом креплении и последующем выходе из строя переднего подшипника, несмотря на нарушение геометрии (сдвиг ро ликов и кольца), может поддерживаться относительная временная работо способность заднего подшипника в режиме эксплуатационных нагрузок ра диального направления. Буксовый узел в этом состоянии с относительно работоспособным только задним подшипником может функционировать без аварийного нагрева определенное время (ограниченное продолжитель ностью действия на узел только радиальных нагрузок), при этом температу а) 1 ОСЬ (БУКСА) Средн.темп. на пове-ти в зоне сканирования, град.С 2 кадр 1 кадр 3 кадр -0,4 0,1 0, - вторая букса первая букса 2 ОСЬ (БУКСА) 2 кадр 1 кадр 3 кадр 1 ОСЬ (БУКСА) б) С ред няя т ем п. на поверх нос т и в з оне с к ани ровани я, град.С 1 кадр 2 кадр 3 кадр 2 ОСЬ (БУКСА) -0,6 -0,4 -0,2 -5 0 0,2 0,4 0, вторая букса первая букса 1 кадр 2 кадр 3 кадр Рисунок 13 – Моделирование траектории сканирования приемником ИК излучения первой и второй букс тележки 68-4076 и соответствующие ос циллограммы теплового сигнала на приемнике в интегральных температурах а) для КТСМ-01 б) для КТСМ - ра наружных колец и внешних поверхностей корпуса буксы не превышает минимальных пороговых значений, принятых для настройки средств тепло вого контроля. При последующем моделировании заклинивания роликов заднего подшипника, что может быть, как показал эксперимент, вызвано действием аксиальных сил на буксовый узел, заклинивание приводит к многократному увеличению темпа нагрева заднего подшипника. При этом аварийный темп разогрева подшипника и деталей буксового узла значи тельно выше, чем, если бы в буксе работали два подшипника при тех же ус ловиях заклинивания роликов одного из подшипников.
В разделе 3 экспериментально установлено, что при ослаблении по садки внутреннего кольца на ось может возникнуть ситуация, когда внут реннее кольцо вследствие заклинивания роликов стоит на месте с обоймой роликов, а вращается ось внутри кольца. Поскольку данный режим является наиболее опасным с точки зрения развития аварийной ситуации, особенно в случае сухого трения между осью и внутренним кольцом, проведено моде лирование данного процесса. Результаты моделирования показывают, что средний расчетный темп нагрева оси при провороте внутреннего кольца од ного из подшипников в зависимости от параметров трения составляет от до 37 С/мин. Это говорит о том, что за 25 минут (интервал соответствует времени движения вагона на скорости 60 км/час между двумя соседними постами теплового контроля) от начала заклинивания роликов ось под про ворачивающимся внутренним кольцом может нагреться в зависимости от условий трения от 266 до 800 С. Это может служить основанием для опре деления рациональной величины уменьшения расстояния между пунктами теплового контроля.
В пятом разделе приводятся результаты разработки и технического воплощения распределенной системы теплового контроля и мониторинга нагрева буксовых узлов.
Многолетний опыт эксплуатации технических средств контроля пока зывает, что наилучшие результаты могут быть достигнуты при слежении за нагревом букс по нескольким постам контроля. Это позволяет применить новые диагностические признаки, связанные с динамикой нагрева буксы. С учетом структуры и принципов обслуживания подвижного состава в пути следования сформирована схема передачи информации от устройств кон троля перегретых букс. В соответствии с данной схемой разработана архи тектура распределенной системы. Архитектура сети системы имеет иерар хическую топологию (рисунок 14). Таким образом, в соответствии со структурой организации ОАО «РЖД» структура распределенной системы, которая получила производственное название АСК ПС (Автоматизирован ная система контроля подвижного состава), строится с выделением сле дующих уровней:
1 уровень – Линейный (подсистема считывания и формирования ди агностических данных, состоящая из средств теплового контроля на пере гонах, и подсистема концентрации информации от СТК);
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ (Центр Управления Перевозками ОАО «РЖД») Передача данных центральному серверу Дорожный ДОРОЖНЫЙ УРОВЕНЬ (СЕТЬ Дорожный сервер сервер ДОРОГИ) АРМ поста контроля дорожного Передача уровня данных на другие дороги ЦКИ Сервер СПД ЛИНЕЙНЫЙ Система передачи данных (СПД) на основе УРОВЕНЬ концентраторов информации КИ-6М КИ-6М КИ-6М КИ-6М АРМ Линейного поста контроля КТСМ КТСМ КТСМ КТСМ КТСМ КТСМ 30-35 км ПЕРЕГОН Рисунок 14 – Структура АСК ПС 2 уровень – Дорожный;
3 уровень – Центральный.
В состав технических средств, образующих 1 уровень, входит разра ботанный с использованием проведенных исследований КТСМ-02.
Создание КТСМ-02 (Комплекс Технических Средств Многофункцио нальный) базировалось на принципе построения многофункциональной на польной системы диагностики подвижного состава. В комплекс может включаться до пятнадцати подсистем контроля состояния подвижного со става, напольное оборудование которых с первичными преобразователями (датчиками и дополнительными устройствами) размещается на насыпи, ря дом или на верхнем строении пути соответственно проводимым подсисте мами измерениям. На основании выводов, полученных в исследованиях для напольного оборудования подсистемы КТСМ-02 Б (контроль нагрева букс) разработана специальная малогабаритная напольная камера КНМ-05, кото рая устанавливается на подошве рельса, как показано на рисунке 15.
Рисунок 15 – Общий вид напольной камеры КТСМ-02 и ее расположения на рельсе По важнейшим показателям назначения и экономическим показате лям разработанный многофункциональный комплекс КТСМ-02 превосхо дит эксплуатируемые на железных дорогах ОАО «РЖД» средства теплового контроля буксовых узлов КТСМ-01 и КТСМ-01Д.
Согласно общей структурной схеме АСК ПС (см. рисунок 14) данные от подсистемы считывания (установок КТСМ) поступают в сеть передачи данных (СПД) на базе концентраторов информации КИ-6М, разработанных при участии автора. СПД предназначена для организации информационного обмена между территориально рассредоточенными источниками и потреби телями информации с максимально эффективным использованием каналов и линий связи и ОАО «РЖД».
Прикладное программное обеспечение АСК ПС состоит из автомати зированных рабочих мест оператора линейного поста контроля (АРМ ЛПК) и центрального поста контроля (АРМ ЦПК), обеспечивает решение сле дующих основных задач:
– автоматический прием информации от средств теплового контроля;
– автоматическое формирование сигналов тревог и оповещения при перегреве букс;
– просмотр и анализ архивов сохраненной информации в интерактив ном режиме;
– выдачу архивных и статистических данных о работе СТК;
– изменение параметров настройки пороговых значений Тревог.
Программные средства АРМа ЦПК позволяют также осуществлять:
– слежение за развитием в поезде дефектов (мониторинг) на участке.
В основе информационного обеспечения распределенной системы те плового контроля лежит разработанная апостериорная модель распознава ния классов состояния буксового узла. Разработка модели состоит из сле дующего:
– обоснование выбора диагностических признаков;
– расчетно-апостериорный метод определения контрольных значений диагностических признаков.
Согласно исследований, проведенных С.П. Лозинским, Е.Е. Трестма ном, В.И. Самодуровым, В.Л. Образцовым, а также опыта эксплуатации СТК, накопленного автором данной работы, при тепловом контроле буксо вых узлов могут использоваться несколько диагностических признаков.
На основании определения потенциальной информативности призна ков и анализа исследований упомянутых авторов будем использовать два базовых признака распознавания: амплитуда сигнала букс (уровень – Ur) и отношение амплитуды сигнала каждой буксы вагона к среднему значению амплитуд сигналов остальных букс Urcр по соответствующей стороне ваго на (отношение – Otn).
Рассмотрим полученные путем обработки сигналов от букс в эксплуа тации распределения вероятности исправных и неисправных букс для двух диагностических признаков (Ur, Otn). Данные собирались на Свердлов ском отделении дороги от букс проходящих поездов с установок КТСМ- в течение 2006 года. Распределение вероятности для класса исправных со стояло из выборки: 6 500 000 букс (апрель – декабрь 2006 года), для класса неисправных букс – выборки – 1200. На рисунке 16 приведено пересечение опытных распределений двух классов состояний букс. Задача распознава ния состоит в определении уравнения линии вида D (Ur, Otn), которая, проходя по рассматриваемому пространству (плоскости в нашем случае), минимизировала бы вероятность суммарной ошибки распознавания неис правных букс по двум признакам. Назовем эту линию для удобства порого вой кривой, которая определяет границу между классами разных состояний.
Аналитическое решение задачи определения разделяющей функции известными методами в условиях неоднозначности распределений (см. ри сунок 16) приведет к большому числу ошибок распознавания, что недопус тимо для железнодорожной отрасли.
Предложено пороговую кривую в пространстве значений признаков Ur, Otn образовывать наложением трех пороговых ограничений (см. рису нок 16):
1) порог только по уровню относитель ной (избыточной) тем пературы нагрева бук сы (признак Ur), опре деленному предельно допускаемым в экс плуатации нагревом подшипников;
2) пороговое ог раничение в зоне пере сечения областей зна чений обоих признаков для классов исправных и неисправных букс (в так называемой «зоне неопределенности»);
3) пороговое ог раничение для букс с большим нагревом от носительно других букс в вагоне (признак Otn).
Рассмотрим пра вила образования каж дого порогового огра ничения.
Для первого ог раничения лимити рующей температурой нагрева служит абсо лютное значение тем пературы недопустимо го в эксплуатации про Рисунок 16 - Опытные распределения двух ди цесса каплепадения агностических параметров (Ur, Otn) для клас смазки. Зная данную сов исправных (зеленый) и неисправных (крас температуру, через ко ный) букс и схема образования пороговой кри эффициент передачи вой относительной темпе ратуры с подшипника на зону контроля корпуса буксы (определенный с помощью термомеханической модели) находим пороговую относительную температуру на корпусе в зоне контроля.
Для второго ограничения в зоне неопределенности предлагается на базе имеющегося богатого статистического материала применить коэффи циент, представляющий соотношение количества (вероятности) неисправ ных букс к количеству исправных букс. Для одномерного распределения PН (Urпор ) K (Urпор ) = PИ (Urпор ).
Для двумерного (по двум признакам Ur,Otn) запишется в виде P (Ur, Otn ) f Н (Ur, Otn ) N И K (Ur, Otn ) = Н =, PИ (Ur, Otn ) f И (Ur, Otn ) N Н где РН(Ur,Otn), РИ(Ur,Otn) – частость неисправных и исправных букс;
fН(Ur,Otn), fИ (Ur,Otn) – частота неисправных и исправных букс;
NН, NИ – общее количество неисправных и исправных букс.
В результате по рассчитанным принятым диапазонам значений коэф фициента К можем построить множество пороговых кривых для зоны 2, каждая из которых будет отражать определенную известную нам степень риска от минимального значения до максимального.
Для третьего ограничения для букс с высоким относительным нагре вом необходимо использование нового признака, производного от призна ков Ur и Оtn (признак «Разность»):
Рi = Uri – Urср. = Uri(1–1/Otni).
Разность значений признака Ur рассматриваемой буксы и среднего значения по вагону Urср можно трактовать как перегрев буксы относительно «нормального» уровня нагрева для данного режима. Потенциал признака «Разность» можно повысить за счет применения статистического алгоритма расчета «нормального» уровня нагрева букс.
С использованием разработанной апостериорной методики определе ния порогов теплового контроля выбираются соответствующие пороговые значения для СТК на территории России и утверждаются ОАО «РЖД».
В заключение остановимся кратко на основных результатах внедре ния программно-технических средств распределенной системы теплового контроля и мониторинга нагрева буксовых узлов. В диссертации приводит ся график влияния объема внедрения КТСМ по годам на уменьшение бра ков по буксовому узлу. Напомним, что браки по буксовому узлу составляют около 60 % всех браков по вагонному хозяйству. В диссертации приведены также графики, которые показывают, что с увеличением объемов внедре ния КТСМ и АСК ПС на сети дорог происходит снижение задержек поездов и снижение отказов средств теплового контроля.
По данным Департамента вагонного хозяйства о работе СТК за 1-е полугодие 2008 г., в диссертации выполнена оценка вероятностных харак теристик работы распределенной системы контроля и мониторинга на сети дорог ОАО «РЖД». Получены следующие значения: вероятность ложной тревоги РЛТ = 6,4810-8 и вероятность пропуска неисправных букс: РПР = 3,5510-10.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны условия реализации предложенного метода исследования бесконтактного теплового контроля различных типов буксовых узлов с цилиндрическими и коническими роликоподшипниками, что обеспечило получение научно обоснованных технических решений, внедрение которых повышает безопасность движения железнодорожного транспорта России и СНГ.
Нижеприведенные выводы, результаты и рекомендации являются ос новными составными частями решенной проблемы.
1. Впервые создан комплекс математических моделей бесконтактного теплового контроля, системно интегрирующий моделирование следующих процессов: действие нагрузок на буксовый узел во время движения вагона;
выделения тепла в зонах трения;
распространения тепловых потоков от подшипников к шейке оси и к наружным поверхностям, доступным для те плового контроля зон корпусов букс;
излучения тепловой энергии с по верхности буксы в ИК области спектра;
восприятия ИК излучения прием ником напольных средств контроля при воздействии различных дестабили зирующих факторов внешней среды с учетом различных геометрических параметров корпусов букс и ориентации сканирующей системы.
Вычислительная реализация комплекса математических моделей по зволяет проводить имитационное моделирование процессов теплового кон троля и разрабатывать рекомендации по созданию новых систем теплового контроля и совершенствованию технологии контроля базовыми системами, существенно сократив объем экспериментальных исследований.
2. Разработан и реализован комплекс экспериментальных исследова ний для изучения температурных режимов буксовых узлов с различными типами подшипников в работоспособном и предаварийном состояниях при наличии наиболее часто возникающих в эксплуатации неисправностей.
Комплекс включает в себя исследования на стенде, в поездных условиях и в процессе подконтрольной эксплуатации с контактными и бесконтактными измерениями температур и относительных уровней нагрева буксовых узлов.
3. Полученные при инструментальных измерениях распределения температур буксовых узлов в поездных и стендовых условиях, в сравнении с результатами расчетов на термомеханической модели, сопоставимы каче ственно и количественно (расхождение не более 10 %).
4. Разработана на базе созданных математических моделей методика оценки контролепригодности ходовых частей подвижного состава к тепло вой бесконтактной диагностике букс, которая может быть использована для оценки эффективности применяемых средств теплового контроля и при проектировании нового подвижного состава.
Методика применена для оценки контролепригодности буксовых уз лов локомотивов постоянного и переменного тока различных серий, грузо вых и пассажирских вагонов нового поколения, в том числе с коническими подшипниками кассетного типа. Результатом применения методики яви лось:
– обоснование преимуществ контроля установками КТСМ-02 высо коскоростного пассажирского подвижного состава на тележках моделей 68 4076, 68-4075, что было в первую очередь внедрено (замена КТСМ-01 на КТСМ-02) на магистралях ОАО «РЖД» с высокоскоростным движением;
– для обеспечения полноценного контроля буксовых узлов локомоти вов обосновано комбинированное применение установок КТСМ-01 и КТСМ-02, что привело к созданию на железных дорогах ОАО «РЖД» спе циализированных пунктов контроля.
5. Исследованиями на моделях установлено, что нагрев колес при различных режимах торможения (кратковременном, длительном) колодоч ным тормозом, а также при движении с неотпущенными тормозами, незна чительно сказывается на нагреве буксовых узлов (в пределах погрешности напольных средств теплового контроля). Нагрев тормозных дисков скоро стных пассажирских вагонов при различных режимах торможения также не сказывается на нагреве буксового узла.
Характер нагрева колеса при тормозных процессах показывает, что для создания систем контроля неотпущенных тормозов по нагреву колес наиболее эффективной зоной контроля является обод колеса и диск.
6. При оценке влияния нагрева неисправной буксы на элементы коле са получено, что при заклинивании роликов между кольцами подшипников средний темп нагрева поверхности корпуса буксы составляет 1,06 С/мин, при этом темп нагрева поверхности ступицы колеса:
– при заклинивании заднего подшипника составляет 0,29 С/мин;
– при заклинивании переднего подшипника – 0,16 С/мин.
Это означает, что температура ступицы при неисправном переднем подшипнике в 6 раз меньше, а при неисправном заднем – в 3,7 раза меньше, чем температура корпуса буксы. Это доказывает нецелесообразность ис пользования для контроля буксовых узлов вспомогательных напольных ка мер, в которых приемник ориентирован на ступицу колеса.
7. Результаты стендовых испытаний и моделирования аварийного со стояния буксового узла с часто встречающейся неисправностью – разру шенным торцевым креплением и смещением корпуса буксы – показывают, что несмотря на последующий выход из строя переднего подшипника мо жет поддерживаться относительная временная работоспособность заднего подшипника в режиме эксплуатационных нагрузок только радиального на правления. При этом температура наружных колец и внешних поверхностей корпуса буксы не превышает минимальных пороговых значений, принятых для настройки средств теплового контроля. При такой ситуации полностью исключить случаи несвоевременного обнаружения аварийного разрушения подшипников при нарушении торцевого крепления и сползании корпуса буксы только средствами теплового контроля нельзя.
8. На основе полученных и обоснованных в работе решений создания и совершенствования систем теплового контроля букс:
– разработано техническое и программное обеспечение принципиаль но новой многофункциональной напольной системы диагностики подвиж ного состава КТСМ-02, состоящей из действующих подсистем обнаружения перегретых букс КТСМ-02Б и неисправностей тормозного оборудования КТСМ-02Т, с возможностью подключения к базовой системе подсистем контроля других параметров технического состояния подвижного состава;
– разработаны рекомендации по повышению эффективности контроля букс разнотипного подвижного состава средствами КТСМ-01.
9. С учетом структуры и принципов обслуживания подвижного соста ва в пути следования разработана и технически реализована архитектура распределенной системы теплового контроля и мониторинга нагрева буксо вых узлов (АСК ПС) отраслевого назначения.
Для функционирования АСК ПС разработано программное обеспече ние автоматизированных рабочих мест оператора линейного поста контроля (АРМ ЛПК) и центрального поста контроля (АРМ ЦПК), которые обеспе чивают решение основных задач контроля и диагностики.
10. Для информационного обеспечения АСК ПС в части статистиче ского распознавания класса перегретых (неисправных) букс разработана апостериорная модель, позволяющая определять пороговые значения диаг ностических признаков в зависимости от сезона, характера участка.
Оцененные по данным эксплуатации сети дорог ОАО «РЖД» за 1-е полугодие 2007 и 2008 гг. значения характеристик работы распределенной системы контроля и мониторинга АСК ПС:
– вероятность ложной тревоги (2008 год – 6,4810-8;
2007 год – 9,0810-8), – вероятность пропуска неисправной буксы (2008 год – 3,5510-10;
2007 год – 3,7910-10) свидетельствуют о рациональном выборе пороговых значений контроля на грева букс и эффективности работы всех подсистем распределенной систе мы контроля и мониторинга.
11. По основным техническим характеристикам, влияющим на техни ко-экономическую эффективность средств теплового контроля, КТСМ- имеет преимущество перед КТСМ-01. Годовой экономический эффект от внедрения КТСМ-02 в расчете на одну единицу равен 144,7 тыс. руб.
Основные положения диссертации опубликованы в работах:
1. Миронов А.А. Имитационная модель функционирования аппара туры теплового контроля буксовых узлов подвижного состава // Транспорт, наука, техника, управление.– 2009.–№5. –С. 8-14.
2. Миронов А.А. Создание отраслевой системы мониторинга безо пасности железнодорожного подвижного состава в пути следования // Транспорт Урала. – 2006. – № 2(9). – С. 42–47.
3. Миронов А.А. Виртуальная модель бесконтактного теплового кон троля буксовых узлов подвижного состава // Транспорт Урала. – 2008. – № 3(18). – С. 59–65.
4. Миронов А.А., Образцов В.Л., Павлюков А.Э. Температурный ре жим буксового узла при нарушении торцевого крепления и тепловой кон троль // Железнодорожный транспорт. – 2005. – № 6. – С. 60–61.
5. Миронов А.А., Занкович А.В., Павлюков А.Э. Исследование термо нагруженности буксового узла с кассетным подшипником // Транспорт Урала. – 2005. – № 6. – С. 54–61.
6. Миронов А.А., Салтыков Д.Н., Образцов В.Л., Павлюков А.Э.
Оценка пороговых значений в задаче диагностики букс подвижного состава по тепловым признакам // Транспорт Урала. – 2007. – № 3(14). – С. 69–73.
7. Миронов А.А., Образцов В.Л., Павлюков А.Э. О взаимном нагреве колеса и буксового узла в процессе эксплуатации подвижного состава // Транспорт Урала. – 2008. – № 4(19). – С. 24–29.
8. Миронов А.А., Образцов В.Л., Павлюков А.Э. Контроль нагрева букс и безопасность движения высокоскоростного подвижного состава // Транспорт Урала. – 2009. – № 1(20). – С. 50–54.
9. Павлюков А.Э., Миронов А.А., Занкович А.В. Диагностическая мо дель бесконтактного теплового контроля букс подвижного состава // Транс порт Урала. – 2004. – № 2. – С. 44–52.