Раздел 8. Техническая диагностика оборудования.

8.1. Методы технической диагностики.

Различные условия эксплуатации и технического обслуживания приводят к тому, что при одной и той же продолжительности работы узлы шахтных подъёмных машин имеют различное техническое состояние. В процессе эксплуатации это может привести к недоиспользованию индивидуальных ресурсов элементов или всей машины, или, того хуже, к созданию аварийной обстановки.

Выявить всё это можно только с помощью технического диагностирования с использованием современных методов и средств. Его основная задача заключается в определении технического состояния (ТС), в котором находится исследуемая система.

При оценке ТС применяют различные методы технической диагностики. Основными из которых являются визуальный и инструментальный (неразрушающий контроль).

Визуальный контроль состояния наиболее широко используется при проведении ППР и позволяет как прямым путём, так и косвенным установить структурно-кинематические параметры узлов и роторной системы (зазоры, износ тел, наличие люфтов), обнаружить неисправность или дефект. Он позволяет определить причины и характер разрушения и износа деталей по виду поверхности излома или износа, обнаружить трещины корпусных деталей, опор и оснований, осуществить контроль поступления и подтекания смазки, установить наличие биения валов и муфт.

Однако визуальный контроль не даёт полной информации о состоянии объекта по двум причинам:

-ограниченности человеческих возможностей. Так, например, видимые невооружённым глазом трещины корпусных деталей, опор и оснований при достижении их размеров 50мкм и более;

-отсутствия надёжных и простых приборов и средств, способных оказать существенную помощь персоналу при контроле.

Неразрушающий контроль диктуется ограниченностью доступа к местам, подлежащим контролю, возможностью лишь частичной разборки изделий или его узлов, крайне сжатые сроки проведения контроля и другие специфические условия.

При организации системы неразрушающего контроля необходимо принимать во внимание, что применение необоснованно большого числа методов контроля, а также завышение объемов контроля наносят экономический ущерб в связи с большой потерей рабочего времени. Поэтому при одинаковой чувствительности предпочтение следует отдавать методу, который требует минимальных затрат времени на подготовку к контролю и собственно контроль, имеет более высокую достоверность.

8.2. Методы неразрушающего контроля

К методам неразрушающего контроля относятся ультразвуковой, магнитопорошковый, капиллярный и виброакустический.

В основу ультразвукового контроля (дефектоскопии) положено отражение любой поверхностью металла части ультразвуковых волн, падающих на неё. Если на поверхности металла имеется микротрещина, то сопротивление прохождению ультразвуковых волн резко увеличится, и контрольный прибор зарегистрирует скрытый дефект. Ультразвуковой контроль включает методы непрерывного излучения, эхоимпульсный и резонансный. Он отличается высокой надёжностью и точностью, большой скоростью и мобильностью. При этом выявляются поверхностные и внутренние дефекты в деталях любой толщины. Минимальная глубина трещины, определяемая при ультразвуковом методе дефектоскопии, составляет 0,1 мм. Этот метод является наиболее надёжным и простым для дефектоскопии деталей подъёмных машин.

Существуют основные методы ультразвукового контроля (ультразвуковой дефектоскопии): теневой, эхоимпульсный, резонансный, импедансный и свободных колебаний. Для дефектоскопии оборудования применяют в основном два первых метода.

Теневой метод заключается в том, что с одной стороны контролируемого объекта при помощи излучателя вводят ультразвуковые колебания, а с другой – при помощи приемника регистрируют интенсивность этих колебаний. По уменьшению сигнала на приемник судят о наличии дефекта. Для применения теневого метода необходим двухсторонний доступ к контролируемому объекту, что является существенным недостатком для его широкого практического использования.

Эхо – импульсный метод получил наиболее широкое применение. Он основан на введении в контролируемый объект с помощью излучателя коротких импульсов упругих колебаний и регистрации интенсивности и времени прихода эхо – сигналов, отраженных от дефектов.

Упругие волны, встречая на своем пути дефекты, частично отражаются и в виде эха попадают обратно на головку излучателя. Остальная часть колебаний достигает противоположной стороны контролируемого объекта, отражается от раздела объект – воздух или другой среды и тоже, как эхо, попадает на головку излучателя. При этом отраженные от дефекта колебания возвращаются раньше, чем от противоположной стороны объекта, поэтому сначала на экране дефектоскопа появится импульс от дефекта, а затем от противоположной стороны объекта (донный сигнал). На экране они располагаются один за другим на расстоянии, соответствующем времени их возвращения. Данный метод является довольно чувствительным, посколхо – сигналы даже незначительной амплитуды могут быть приняты чувствительным приемником.

Этот метод применяется для выявления внутренних, поверхностных и подповерхностных дефектов в деталях, изготовленных из магнитных и немагнитных материалов.

Магнитопорошковый метод (контроль) заключается в том, что при намагничивании стального образца постоянного сечения используется равнозначный по всей длине образца пучок магнитных силовых линий. Если на пути этого магнитного потока встречается трещина или инородное включение, то часть магнитных силовых линий искажается и при этом образуется поле рассеивания. Индикаторами поля рассеивания служат магнитные порошки и суспензии. При этом методе обнаруживаются поверхностные и внутренние дефекты. Магнитопорошковый метод рассматривается как дополнение к ультразвуковому методу. Чувствительность этого метода дефектоскопии позволяет найти трещину минимальной глубиной 0,01 и минимальной шириной 0,001 мм.

Капиллярный метод (контроль). Поверхностные дефекты представляют собой капиллярные сосуды, обладающие способностью «всасывать» смачивающие и специальные свето – контрастные жидкости под воздействием капиллярных сил. Именно использование капиллярных свойств жидкости и основан метод капиллярной и цветной дефектоскопии.

При контроле на деталь наносят специальную смачивающую (индикаторную) жидкость, обладающую высокими окрашивающими качествами и высокой капиллярной активностью. Данная жидкость под действием капиллярных сил заполняет полости поверхностных дефектов. Затем индикаторную жидкость удаляют с поверхности деталей. Для этой цели применяют специальные очищающие составы. Оставшуюся в полостях дефектов часть индикаторной жидкости обнаруживают путем нанесения проявителя, который адсорбирует жидкость, образуя индикаторный рисунок, а также создает фон, улучшающий вид рисунка.

Виброакустический метод (вибродиагностика). В настоящее время вибродиагностика – это один из перспективных методов. Особенно он эффективен для исследования ТС опорных узлов ШПМ. Его аксиомой является то, что изменения амплитуды виброакустической характеристики указывают на изменение ТС, а частота, на которой происходит это изменение, указывает на расположение дефекта.

Измерение, оценка и определение причин вибрации составляют основные направления вибродиагностики.

Она включает следующие разделы:

-контроль общего уровня вибрации;

-измерение характерных параметров дефекта;

-спектральный анализ;

Контроль общего уровня вибрации проводится для оценки технического состояния механизма и включает определение среднеквадратичных значений виброскорости (СКЗ) в регламентированном частотном диапазоне.

Измерение характерных параметров дефекта предполагает слежение за динамикой развития определённых видов повреждений. Например, повреждение подшипников качения оценивается по ударному импульсу на частоте 28…32 кГц, а заедание зубчатых передач и дефекты подшипников скольжения характеризуются значением эксцесса.

Спектральный анализ позволяет наиболее точно определить вид дефекта. Его особенность - многообразие используемых подходов к анализу сигнала:

- анализ с постоянной шириной полосы;

- гармонический;

- кепстральный;

- частотный.

Анализ научных исследований позволил сформировать перечень диагностических параметров, рекомендуемых для оценки технического состояния как отдельных узлов машин (таблица 8.1), так и машин в целом (таблица 8.2).

Из таблиц видно, что всё же приоритетным направлением в ТД механического оборудования является контроль вибрации.

Таблица 8.1

Перечень объектов и параметров диагностирования машин и механизмов по данным ОНИЛ ТО и Д

Объекты

Параметры диагностирования

виброперемещение

виброскорость

виброускорение

общий уровень

ударный импульс

уровень шума

температура

давление

утечки

толщина стенки

поверхн. дефект

прод. износ

деформации

Подшипник

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Резьбы

+

+

+

Муфты

+

+

Машина в целом

+

+

+

+

+

+

Таблица 8.2