14.578.21.0139

Целью работы является создание экспериментального образца интеллектуальной системы мониторинга (ИСМ) состояния ответственных элементов колесной тележки грузового вагона (боковой рамы и надрессорной балки), функционирующей на основе акустико-эмиссионных измерений. Основными задачами проекта являются:
-Проведение лабораторных исследований и исследовательских испытаний (климатических, на вибростойкость и ударостойкость) по выбору состава и типов датчиков акустической эмиссии для применения в ИСМ;
-Обоснование конфигурации акустической антенны, состава и типа крепления акустических датчиков ИСМ;
-Разработка и изготовление макетов измерительных модулей ИСМ, разработка методик и проведение их лабораторных и исследовательских испытаний;
-Разработка и изготовление макетов линии связи для передачи данных между измерительным модулем и вычислительной станцией ИСМ и проведение их лабораторных испытаний;
-Разработка программного обеспечения вычислительной станции ИСМ;
-Разработка и изготовление макета вычислительной станции ИСМ и проведение ее лабораторных испытаний;
-Разработка методик и проведение ускоренных лабораторных и нормальных лабораторных испытаний экспериментального образца ИСМ;
-Проведение натурных испытаний экспериментального образца ИСМ.

Актуальность работы обусловлена возросшим в последние годы числом разрушений боковых рам тележек грузовых вагонов при эксплуатации, а также отсутствием высокоэффективных средств неразрушающего контроля для диагностики ответственных деталей подвижного состава железнодорожного транспорта, позволяющих обнаруживать разрушение на начальных стадиях непосредственно при эксплуатации. Предлагаемая интеллектуальная система мониторинга будет являться новой не только в России, но и за рубежом, поскольку в настоящее время в России отсутствуют акустико-эмиссионные средства диагностики ответственных деталей железнодорожного транспорта «в движении», а за рубежом такие системы только начинают активно создаваться.

Прикладные научные исследования и экспериментальные разработки включают 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.

В качестве объектов, на которых происходит тестирование разрабатываемой ИСМ на начальном этапе выступают образцы фрагментов ответственных элементов колесной тележки грузового вагона, а на последнем этапе при проведении натурных испытаний –цельные ответственные элементы колесной тележки. Для использования данных объектов разработаны и использованы методики исследований структуры и механических свойств образцов фрагментов ответственных элементов колесной тележки грузового вагона на примере боковой рамы.

Разработаны методики и проведены лабораторные исследования и исследовательские испытания (климатические, на вибростойкость и ударостойкость) по предварительному выбору состава и типов датчиков акустической эмиссии для применения в ИСМ, а также испытания макетов измерительных модулей ИСМ. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования по выбору конфигурации акустической антенны, состава и  типа крепления акустических датчиков ИСМ

Разработаны и изготовлены макеты измерительного модуля ИСМ, линии связи, вычислительной станции,  разработаны методики и проведены их лабораторные испытания.

Разработано программное обеспечение к вычислительной станции ИСМ с использованием среды графического программирования LABVIEW, разработана методика и проведены испытания данного программного обеспечения.

Будет разработан и изготовлен экспериментальный образец ИСМ. Будет разработана методика и проведены ускоренные лабораторные испытания экспериментального образца ИСМ. Будет разработана методика и проведены нормальные лабораторные (акустико-эмиссионные, климатические, на вибростойкость и ударостойкость) испытания экспериментального образца ИСМ. Будет разработана методика и проведены натурные испытания экспериментального образца ИСМ на натурных деталях колесной тележки грузового вагона.

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.

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.

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, что в целом приведет к повышению безопасности движения грузовых поездов.
Разрабатываемая интеллектуальная система мониторинга является составной частью создаваемого в будущем диагностического комплекса измерительных средств неразрушающего контроля ответственных элементов подвижного состава железнодорожного транспорта, востребованного в настоящее время вагоноремонтными предприятиями для эффективного комплексного анализа состояния различных деталей подвижного состава и создания «паспортов» состояния ответственных деталей по результатам комплексного исследования различными методами.