Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка интеллектуальной системы мониторинга состояния литых ответственных элементов подвижного состава железнодорожного транспорта на основе акустико-эмиссионных измерений при эксплуатации.

Номер контракта: 14.578.21.0139

Руководитель: Никулин Сергей Анатольевич

Должность: зав.кафедрой

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
интеллектуальная система мониторинга, акустическая эмиссии, мониторинг, ответственные детали железнодорожного транспорта, эксплуатация, диагностика состояния

Цель проекта:
Проект направлен на повышение эффективности диагностики состояния ответственных деталей грузового железнодорожного транспорта для обеспечения их надежной эксплуатации без разрушения и повышения на этой основе безопасности движения. В проекте создается новая интеллектуальная система мониторинга состояния деталей, основанная на измерении акустической эмиссии в движении. Целью проекта является создание экспериментального образца интеллектуальной системы мониторинга состояния ответственных элементов колесной тележки грузового вагона в движении (боковой рамы и надрессорной балки) (далее – ИСМ), функционирующей на основе акустико-эмиссионных измерений.

Основные планируемые результаты проекта:
К основным, наиболее значимым результатам проекта относятся:
- Макеты измерительных модулей и вычислительной станции ИСМ, а также линий связи для передачи данных между ними;
- Экспериментальный образец ИСМ;
- Программное обеспечение вычислительной станции ИСМ.
- Результаты лабораторных испытаний макетов измерительных модулей и вычислительной станции ИСМ;
- Результаты исследовательских (климатических, на вибростойкость и ударостойкость) испытаний макетов измерительных модулей ИСМ;
- Результаты ускоренных лабораторных и натурных испытаний экспериментального образца ИСМ;
- Результаты нормальных лабораторных (акустико-эмиссионных, климатических, на вибростойкость и ударостойкость) испытаний экспериментального образца ИСМ.
ИСМ будет включать: акустическую антенну в виде комплекта датчиков акустической эмиссии, размещаемых на ответственных элементах колесной тележки грузового вагона; измерительные модули; вычислительную станцию; линии связи для передачи данных между измерительными модулями и вычислительной станцией ИСМ, а также средства визуализации процесса накопления данных измерений и их обработки.
ИСМ будет иметь высокоскоростной доступ в сеть Internet со скоростью не ниже 8 Мбит/с (спутниковый интернет или иной способ доступа). Широкополосный пьезопрепреобразователь датчика акустической антенны ИСМ будет обеспечивать электроакустическое преобразование сигналов линейно по уровню ± 3l дБ в рабочем диапазоне частот до 10 МГц.
Измерительные модули ИСМ будут иметь следующие временные характеристики функционирования: выход на рабочий режим после включения - не более 45 минут; переключение между режимами измерения акустической эмиссии - не более 30 секунд; предварительная цифровая обработка сигналов акустической эмиссии - не более 30 минут; переключение между измерительными каналами - не более 100 микросекунд.
Линии связи будут обеспечивать скорость передачи данных от измерительного модуля к вычислительной станции ИСМ - не менее 100 Мбит/сек.
Вычислительная станция ИСМ будет обеспечивать регистрацию, цифровую обработку и архивирование измерительной информации, полученной от измерительных модулей.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов, панируемых при выполнении проекта будет являться серийно выпускаемая индустриальным партнером интеллектуальная система мониторинга ответственных элементов подвижного состава. Данная система будет применяться как мобильная система мониторинга ответственных элементов колесной тележки грузового вагона в движении для оценки их состояния и риска разрушения в процессе эксплуатации подвижного железнодорожного состава.
В настоящее время в России отсутствуют акустико-эмиссионные средства диагностики ответственных деталей железнодорожного транспорта «в движении».
В настоящее время акустико-эмиссионную диагностику боковых рам проводят в стационарных условиях в вагоноремонтных депо с использованием метода акустической эмиссии путем механического нагружения боковой рамы на специальном оборудовании и регистрации акустической эмиссии от возникающих при таком «лабораторном» испытании дефектов. Такие технологические испытания рамы являются «разрушающими». Такая схема испытаний не совпадает по напряженно-деформированному состоянию с состоянием рамы при ее реальной эксплуатации. Разница условий стационарных испытаний и условий реальной эксплуатации боковых рам и надрессорных балок может приводить к консервативным оценкам их состояния.
В настоящем проекте предлагается использовать иной подход к диагностике состояния материала и разрушения боковых рам и надрессорных балок на основе их испытаний не в стационарных условиях вагоноремонтных депо, а непосредственно при движении (эксплуатации) вагона, при помощи разрабатываемой мобильной системы АЭ-мониторинга.
Разрабатываемая система мониторинга является интеллектуальной. Это выражается в возможности ее работы режиме реального времени, возможности аппаратно-программного комплекса в особом режиме, позволяющем накапливать данные измерений в базу данных, распознавать их в режиме реального времени и сообщать оператору о наличии критического состояния объекта контроля (например, критичных дефектов), управлении самим процессом мониторинга основанного на диагностике объектов в движении и получении информации о состоянии ответственных деталей.
Подобные системы за рубежом только начинают создаваться, в связи с чем, предлагаемая разработка соответствует мировому уровню достижений в данной области.
Заявленные результаты будут достигаться за счет проведения комплекса прикладных научных исследований и экспериментальных разработок, включающих работы по разработке и конструированию отдельных компонентов экспериментального образца ИСМ, разработке методик и проведению испытаний этих компонентов, разработке, изготовлению и испытаний целиком экспериментального образца ИСМ (в т.ч. натурных), разработке и отладке программного обеспечения для экспериментального образца ИСМ.
По завершении проекта планируется выполнение совместно с индустриальным партнером опытно-конструкторских работ по дальнейшему доведению созданного экспериментального образца ИСМ до промышленного внедрения.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемая ИСМ будет применяться для диагностики работоспособности ответственных деталей железнодорожного транспорта РФ. В частности, предполагается устанавливать такие навесные системы АЭ-мониторинга на боковые рамы и надрессорные балки тех железнодорожных вагонов, которые направляются на плановый или аварийный ремонт. В процессе движения вагонов АЭ-мониторинг позволит оценить состояние боковых рам и надрессорных балок с точки зрения опасности разрушения. Такой подход позволит существенно повысить эффективность контроля состояния ответственных деталей и обеспечит повышение ресурса безопасной эксплуатации.
По завершении работ по проекту Индустриальным партнером (АО «ВЗПП-С») с Получателем субсидии будет заключен лицензионный договор на использование результатов интеллектуальной деятельности, полученных при выполнении проекта.
Будут проведены необходимые опытно-конструкторские работы по созданию опытной, а далее серийной ИСМ. В конечном итоге в производственных условиях индустриального партнера планируется создать промышленную линию по изготовлению серийных установок ИСМ.
Разработка и успешное внедрение новой ИСМ ответственных деталей подвижного состава железнодорожного транспорта придаст новый виток развитию интеллектуальных систем диагностики в транспортном и общем машиностроении, что приведет к повышению инновационной активности компаний-разработчиков подобных систем, а также к получению реальных результатов применения таких систем проявляющихся в повышении надежности и долговечности эксплуатации деталей и механизмов и повышении безопасности технических систем.
Результаты разработки и испытаний разрабатываемой ИСМ будут доложены на российских и зарубежных конференциях в области диагностики материалов и деталей, в том числе на железнодорожном транспорте. Научные статьи, содержащие результаты исследований будут опубликованы в ведущих научных журналах. Это откроет новые возможности для международного сотрудничества по данному научному направлению и позволит популяризировать полученные результаты на российском и международном уровне, а также выходить на зарубежные рынки транспортного машиностроения с разработанной и доведенной до серийного производства ИСМ.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ современной научно-технической и методической литературы по проблеме создания и использования акустических методов контроля состояния ответственных конструкций подвижного железнодорожного транспорта, а также анализ ведомственных источников нормативно-технической информации по вопросам мониторинга состояния ответственных конструкций подвижного железнодорожного транспорта акустическими методами. Разработаны требования к ИСМ, а также к их компонентам, в частности к датчикам акустической эмиссии, предназначенным для применения в ИСМ. Изготовлены тестовые образцы фрагментов ответственных элементов колесной тележки грузового вагона. Проведены исследования их структуры и механических свойств. Разработаны программа и методики и проведены лабораторные исследования для предварительного выбора состава и типов датчиков акустической эмиссии для применения в ИСМ. Разработаны программа и методики и проведены исследовательские испытания на вибростойкость и ударостойкость по выбору типов датчиков акустической эмиссии для применения в ИСМ. Проведено Обоснование состава и типов датчиков акустической эмиссии для применения в ИСМ по результатам лабораторных исследований и исследовательских испытаний.