Лекция 8. Обзорная.

Диагностика технологических систем.

Диагностика (греч. diagnostikos — способный распознавать) — способность распознавать техническое состояниетехнологической системы и ее элементов.

≪Техническое состояние объекта— состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект≫.

В ГОСТ 27518—87 указывается, что целью ≪диагностированияявляется поддержание установленного уровня надежности, обеспечение требований безопасности и эффективности использования изделий≫.

Необходимость диагностирования при эксплуатации системы вызвана тем, что, наработка до отказа технологической системы и ее элементов является случайной величиной.

Для проведения мероприятий диагностики сначала надо определить места, где действуют силы влияющие на работоспособность технической системы.

Например, при резании на токарном станке на различные его узлы действуют различные силы. Выявив эти узлы можно выбрать соответствующие датчики для измерения сил резания и сделать вывод о износе или неисправности инструмента.

001

Например на токарном станке вертикальная составляющая силы резания Р_z, действующая на заготовку диаметром D, перенесенная в центр заготовки (рис. 6.19), создает момент сопротивления резанию М_ср = P_zD/2, который через систему передач преодолевается крутящим моментом электродвигателя.

Возникают усилия, действующие на заготовку, на инструмент и на основные части станка, включая и привод. На рис. 6.18 сила Р_z направлена вертикально, её можно разложить на составляющие Р_{x и} Р_y.

002

1. Таким образом между крутящим моментом на заготовке и крутящим моментом на валу двигателя существует функциональная связь, позволяющая использовать двигатель как датчик для определения силы.

2. Кроме того Эта же сила Р_zв центре заготовки, а затем перенесенная в центр передней опоры шпинделя, действует на нее, вызывая деформации деталей подшипника.

Функциональная связь между силой и этими деформациями позволяет использовать подшипник как датчик для определения силы

3. Используют также деформируемые силой детали патрона и центра задней бабки.

4. В то же время Р_z действует на резец.

Она деформирует державку резца, в которой может быть установлен датчик для ее определения.

5. Воспринимается сила опорой вращения револьверной резцовой головки, где также под основанием могут быть установлены датчики силы.

6. Составляющая силы резания Р_хдействует в осевом направлении на передний радиально-упорный подшипник шпинделя, а ее реакция - на резец и резцовую головку.

Силовое замыкание показано на рис. 6.18 штриховой линией и стрелками.

Оно позволяет определить места расположения и конструкции датчиков для измеренияР_x.

7. При продольной подаче резца сопротивление перемещению суппорта преодолевается двигателем подачи, который создает крутящий момент для вращения ходового винта, обеспечивающий на гайке тяговое усилие, необходимое для подачи суппорта.

Опоры винта так же, как и двигатель подачи могут быть использованы в качестве датчиков усилий.

Аналогично определяются возможные места установки датчиков для определения составляющей силы резания Р_y.

Целесообразно датчики устанавливать в непосредственной близости от рабочего инструмента.

Подобные схемы могут быть рассмотрены для других станков, а также и для кузнечно-штамповочного оборудования.

003

При диагностировании имеют место такие понятия, как:

Система диагностирования – совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования по правилам, установленным в технической документации.

и

Средства диагностирования – аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование.

Система диагностирования (диагностики) может быть автоматизированной

Под автоматизированной системой диагностики (АСД) понимают дополнительно изготовленные технические устройства с нормированнымиметрологическими свойствами, размещенные внеили в пределах рабочей зоны станка и выполняющие в автоматическом режимепроцедуры нахождения и сравнениядействительного параметра детали, узла станка, инструмента, приспособления ТС с его проектнымзначением и формирования команд управления ТП.

В функции АСД входит обеспечение и управление тремя одновременно действующими процессами — это обработка, диагностика и контроль.

004

На рис. 9.1. представлена многоуровневая схема автоматического управления технологическим процессом обработки с использованием автоматизированной системы диагностики (АСД)

В её состав входят:

- САПР – система автоматизированного проектирования

- АСД – автоматизированная система диагностики

- САК – система автоматизированного контроля

- УП – управляющая программа

- СУ – система управления

- ПР – промышленный робот

- КИМ – координатно- измерительная машина

Для нормальной работы АСД необходимо установить соответствующие датчики в узловых (информативных) точках технологического оборудования, которые будут в автоматическом режиме снимать параметры с инструмента, детали или узла оборудования, сравнивать снятые параметры с проектным значением и формировать команды управления технологическим процессом.

Наибольшее распространение в качестве датчиков получили следующие датчики

005006

В настоящее время особенно широко используются тензорезисторные (тензометрические)чувствительные элементы, которые изменяютсвое электрическое сопротивление за счет приложенной механическойсилы.

007

Тензометрия (от лат. tensus – напряжённый, натянутый и греч. metréō – измеряю) – экспериментальное определение напряжённого состояния конструкций, основанное на измерении местных деформаций

Первые тензорезисторы появились в 1955-58 годах, они были самодельные проволочные; потом появились серийные (первые - в США в 1960 году) проволочные на бумажной подложке.

1. Измерение силы

Тензорезистор, наклеенный на рабочее тело датчика, являющегося опорой для груза или прилагаемого усилия, может измерить силу, направленную на эту опору, или вес, лежащего на ней груза

008

2. Измерение вибрации/ускорения

Тензорезистор, наклеенный на тонкую упругую пластину, позволяет измерять частоту, а также амплитуду вибрации и ускорения, воздействующих на эту пластину.

3. Измерение перемещения

Тензорезистор, наклеенный на упругий элемент, позволяет определить изгибающие усилие на этот упругий элемент, таким образом давая возможность измерить перемещение, вызвавшее это изгибающие усилие.

4. Измерение крутящего момента

Тензорезистор, наклеенный на карданный вал автомобильного двигателя, или торсионный вал бурильной машины, позволяет измерить силу трансмиссии, иными словами крутящий момент данного вала.

5. Измерение давления

Тензорезистор, наклеенный на диафрагму (мембрану), позволяет определить давление воздуха или жидкости на эту диафрагму. Как правило, тензорезистор приклеивают на заднюю поверхность диафрагмы, чтобы избежать его повреждения за счет непосредственного давления воздуха или жидкости.

Тензорезистор (тензометр) представляет собой электрический проводник в виде плоского витка тонкой, например, константановой проволоки или фольги, помещенной между двумя склеенными полосками вощеной бумаги или синтетической пленки.