Физические основы обнаружения перегретых букс

Работа буксового узла

В железнодорожном подвижном составе различают буксы с подшипниками качения (роликовыми подшипниками) и буксы с подшипниками скольжения. Надежность работы букс с подшипниками скольжения в десятки раз меньше, чем букс с роликовыми подшипниками.

Нормальная работа буксового узла характеризуется установившимся режимом теплообмена между его элементами, колесной парой и наружным воздухом в процессе движения поезда, т.е. когда количество выделяемого тепла равно количеству тепла, рассеиваемого элементами буксы и колесной парой в окружающее пространство. Установившийся режим нормально работающего буксового узла наступает примерно через 40 км после начала движения поезда (рисунок 1.8, кривая 1). Значение температуры шейки оси Тшо в установившемся режиме зависит от скорости движения поезда, температуры наружного воздуха, нагрузки на подшипник и других факторов. При температуре наружного воздуха 20°С установившееся значение температуры шейки оси для букс с подшипниками скольжения равно примерно 60°С, для букс с роликовыми подшипниками около 40 – 50°С.

Рисунок 1.8 – Графики изменения температуры шейки оси

Перегрев букс характеризуется неустановившимся режимом теплообмена и повышением температуры шейки оси и корпуса буксы в процессе движения поезда (рисунок 1.8, кривая 2). Темп возрастания Тшо зависит от характера неисправности и буксового узла, скорости движения поезда, нагрузки на ось и может изменяться в широких пределах [5].

Для букс с подшипниками скольжения Тшо в области значений до 300°С изменяется от 1 до 10 °С/мин, а в области значений до 800°С – до 15–18 °С. Максимальные темпы возрастания температуры шейки оси характеризуют и статистические данные по изломам шеек осей. Так, по зарубежным данным, излом шейки оси при отсутствии смазки для букс с подшипниками скольжения происходит через 60–70 км. По среднестатистическим данным отечественных дорог, такие случаи наблюдаются при пробеге около 50 км. Для букс с роликовыми подшипниками возможны более высокие темпы возрастания температур шеек осей, особенно при разрушении подшипника или сколе борта.

Критерии аварийности буксового узла выработаны практикой длительной эксплуатации подвижного состава в различных условиях и подтверждены экспериментами. Для буксового узла с подшипниками скольжения предельно допустимая температура шейки оси составляет примерно 100–150 °С. Критическая температура, при которой начинается разрушение граничного слоя и происходит схватывание металлов трущихся поверхностей, соответствует значению 140 °С и более. В соответствии со значениями предельно допустимой и критической температуры уровни нагрева шеек осей, при которых буксовый узел на подшипнике скольжения можно считать аварийным, находятся выше 100–140 °С. Для буксового узла с роликовыми подшипниками повышение в процессе движения поезда температуры корпуса буксы до 70–75 °С в летний период или до 40–50 °С в зимний период является признаком неисправности.

Неустоявшийся режим теплообмена может быть в течение длительного времени работы буксового узла с новым подшипником при некачественной его подгонке. В начальный период приработки подшипника температура шейки оси поднимается до 100–140 °С (рисунок 1.8, кривая 3), а затем по мере приработки подшипника снижается и достигает установившегося значения через 40–80 км. Обнаружение таких букс по выбранным критериям аварийности приводит к необоснованным остановкам поездов. Однако количество этих букс по отношению к количеству действительно неисправных незначительно.

Основы инфракрасного излучения

Основой построения аппаратуры контроля буксовых узлов является измерение энергии излучения корпуса буксового узла. Каждое тело, температура которого выше абсолютного нуля, излучает в окружающее пространство энергию. Тела, полностью поглощающие падающий на них лучистый поток и обладающие максимальной излучаемостью, называются абсолютно черными телами. Излучение черного тела определяется его температурой.

Спектральная плотность излучения абсолютно черного тела Е является функцией длины волны l и температуры Т. В соответствии с законом Планка спектральная плотность излучения черного тела для длин волн от l до dl определяется по формуле:

(1.1)

где С1 и С2 – константы, равные соответственно 3,74×104 Вт×см-2×мкм4 и 1,438×104 мкм×град.

Максимум плотности излучения по мере возрастания температуры тела перемещается в область коротких волн (рисунок 1.9). По закону Вина длина волны (в мкм), соответствующая максимуму излучения, определяется по формуле:

(1.2)

Для корпусов большинства перегретых букс, температура которых может изменяться от 0 до 80° С, максимум спектральной плотности излучения приходится на длины волн от 11 до 8 мкм. Поскольку при длинах волн меньше lmax плотность излучения быстро падает и основная ее часть приходится на длины волн более lmax, то наибольшее количество энергии излучения букс находится в диапазоне от 5 до 15 мкм. Эти значения длин волн должны учитываться при выборе приемника излучения (датчика) для аппаратуры контроля букс. Однако плотность излучения солнца имеет максимум при длине волны около 0,5 мкм и очень малая ее часть приходится на длины волн более 5 мкм. Поэтому для защиты аппаратуры контроля от влияний отраженной солнечной энергии приемник излучения должен иметь заградительные фильтры для длин волн короче 5 мкм.

Рекомендуем также:

Расчёт диаметра гребного винта
В работе рассмотрены технические характеристики теплохода «Охотское море», приведено содержание документации по остойчивости и посадке судна. В результате показано, что мореходные качества и расположение судовой энергетической установки судна полностью соответствует требованиям регистра судоходс ...

Определение количества рабочих
При проектировании предприятия выявим технологически необходимое (Ртi) и штатное количество (Ршi) рабочих. Технологически необходимое количество рабочих имеет решающее значение при проектировании, так как оно позволяет установить количество рабочих мест, которое необходимо организовать в АТО. Техн ...

Определение общей площади роботизированного складского комплекса
Расчеты складской площади производится по формуле Sобщ = Sосн + Sсл + Sконстр , где Sосн – основная площадь склада; Sсл – служебная площадь (конструктора, бытовые помещения); Sконстр - конструктивная площадь (лестничные клетки, лифты, внутренние стены и т.п.); Sосн = Sхр + Sтехн + Sвсп + Sрез ...