9.Методы и средства диагностирования

Состояние ПТМ как объекта диагностирования оценивается по результату выполнения возложенных на него функций (функциональное диагностирование) или по реакции на создаваемое внешнее воздействие на объект диагностирования (тестовое диагностирование).

Функциональное диагностирование состоит в том, что для его реализации не нужны специальные генераторы стимулирующих воздействий. Диагностирование заключается в обработке информации, характеризующей качество объекта диагностирования.

Техническое состояние объекта диагностирования оценивается по различным внешним признакам: нагрев отдельных деталей, характеризует возникновение в них дефекта.

Тестовое диагностирование требует специальных генераторов , которые вырабатывают тестовые воздействия, подаваемые в объект диагностирования и стимулирующие его реакцию. По степени отклонения реакции объекта диагностирования от номинальной, судят о его техническом состоянии.

Тестовое воздействие осуществляется одиночным или многократным воздействием. Одиночное воздействие – одиночный импульс – одна элементарная проверка. Многократная воздействие характерно для тестового диагностирования дискретных объектов, когда на вход подается серия импульсов.

Субъективные методы отключаются наибольшей простотой и наименьшей точностью, включает внешний осмотр, отстукивание наружных деталей, определение температуры структурных единиц и прослушивание их работы. Эти методы применяют с простейшими средствами измерений - щупы, указатели уровня и другие простейшие средства. Измеряют зазоры в тормозных установках, проверяют уровень масла в корпусе редуктора.

Для герметичных систем используют манометры, вакуумметры, пьезометры (дифференциальные манометры), расходомеры и пневмоцилиндры.

Диагностирование с применением приборов основано на получении информации в виде электрических, звуковых и других сигналов при взаимодействии объекта диагностирования с физическими полями ( электрическими, магнитными, акустическими и др.)

Механический метод основан на измерении геометрических размеров деталей, зазоров в сопряжениях, усилий, давлений и скоростей элементов ПТМ. Этот метод прост, нагляден, получил широкое распространение при количественной оценке износа деталей, установлении зазоров и люфтов в сопряжениях, давлений в гидро- и пневмосистемах, усилия, затяжки, номинальных скоростей приводов и пр. В качестве средств, применяемых в этом методе используются: линейки, штангенциркули, нутромеры, индикаторы, шаблоны, щупы, ключи, манометры, компрессоры и т.д.

Большинство деталей механизмов ПТМ (корпусные детали, валы, червяки, шестерни, подшипники) теряют свою работоспособность в процессе эксплуатации ПТМ в результате изнашивания. Износ зубьев шестерен можно измерить с помощью эвольвентомеров. Для измерения люфтов – люфтометр. Для проверки герметичности используют приспособление ПССК-1, а так же расходомеры – «Сатурн», «Шторм» и другие датчики для измерения линейных и угловых перемещений.

Электрический метод – замеры силы тока напряжений, мощности, сопротивлений и др. электрических параметров. Метод позволяет по косвенным параметрам установить техническое состояние ряда элементов ПТМ.

Приборы: стрелочные ампервольтметры, измерительные мосты, датчики перемещений, усилий, крутящих моментов и давлений, тахогенераторы, термопары и т.д. Процесс определения неисправностей в электро- и гидросистемах довольно трудоемок. На обнаружение неисправностей в электро- и гидросистемах затрачивается больше времени, чем на их устранение.

Неисправности в схемах управления ПТМ можно находить двумя способами: с помощью специальных сигнализирующих устройств и приборов, обеспечивающих автоматический поиск места повреждения или путем последовательных проверок, осмотров и анализов схемы и ее отдельных аппаратов.

Магнитные методы технического диагностирования основаны на регистрации магнитных полей рассеивания, возникающих над дефектами, или на определении магнитных свойств контролируемых объектов.

Области применения: дефектоскопия, измерение толщины, контроль структуры и механических свойств. Дефектоскопия включает в себя определение поверхностных дефектов типа нарушений сплошности. Феррозондовый, эффект Холла – эти методы применяют для определения толщины немагнитных и слабомагнитных покрытий на ферромагнитных изделиях, азотированного и цементированного слоев, слоя поверхностной закалки.

Вихретоковый метод основан на измерении магнитных сопротивлений, изменений магнитного потока и магнитной проницаемости. Применяют его для определения технического состояния металлоконструкций, канатов ПТМ и др. Для этого используют накладные или проходные датчики и датчики магнитной анизотропии. Преимущества метода:

• возможность проверки большого числа параметров объектов диагностирования;

• Не требуется электрического или механического контакта датчика с ОД;

• Быстрота проведения измерений и малая доля затрат (трудоемкость);

• Простота реализации дистанционного диагностирования деталей, установленных в малодоступных местах машин;

• Возможность измерения толщины листа, стенки труб и других деталей при одностороннем доступе;

• Возможность автоматизации контроля и проведения контроля быстродвижущихся объектов диагностирования.

Акустические методы основаны на измерениях упругих колебаний, распространяющихся по СЕ в результате соударения движущихся деталей при работе механизмов объектов диагностирования и называемых структурным шумом, характер которого изменяется по мере изнашивания СЕ, т.е. определяют уровень шума или частотный спектр шума. Средствами измерения служат шумомеры, вибраторы, стетоскопы, спектрометры звуковых частот.

Определяют: износ, изменение зазоров, наличие неисправностей, определение изношенного и неисправного узла в закрытых зубчатых передачах и подшипниках.

Ультразвуковой метод используют для контроля состояния ответственных деталей из поковок, штамповок, проката, термообогащенных отливок, пластмассы, сварных соединений, а так же для измерения толщины деталей. Сущность метода состоит в том, что направленные ультразвуковые колебания вводятся в элемент диагностирования от специального пьезометрического датчика, перемещаемого по торцу, например вала. На границе двух сред ультразвуковой луч отражается и фиксируется на экране электронно-лучевой трубки. При наличии, например. Трещины, на экране прибора возникает дополнительный импульс. Пользуясь градуировкой, можно определить не только наличие дефекта, но и координаты его расстояния.

Приборами служат ультразвуковые дефектоскопы. Определяют трещины и внутренние дефекты в сварных соединениях, узлах металлоконструкций и механизмов.

Методы НК проникающими веществами (капиллярные и ) по характеру взаимодействия веществ с объектами диагностирования являются молекулярными, по первичному информационному признаку могут быть жидкостными или газовыми, по способу получения первичной информации яркостными, цветными, люминесцентными, химическими, акустическими, галогенными, пузырьковыми и т.д.

Капиллярные методы предназначены для обнаружения поверхностных дефектов изделий малых размеров (трещин, раковин, пор), обладающих свойствами капиллярных трубок. Капиллярные методы делятся на люминесцентный и цветной (хроматический). Люминесцентный – под действием внешнего облучения молекулы индикаторного вещества, которым пропитывается поверхность объекта диагностирования, получают избыточную энергию и переходят в возбужденное состояние, что сопровождается излучением, которое называют люминесценцией.

Для возбуждения люминесценции использует ультрафиолетовые лучи ртутно-кварцевых ламп ПРК-2 и др. высокого давления и ламп СВД-120 и др. сверхвысокого давления.

Второй вид капиллярного метода основан на выявлении дефектов с помощью ярко окрашенных проникающих жидкостей. Цветной метод диагностирования прост по сравнению с люминесцентным методом, не требует ультрафиолетового источника света, а контроль производят визуально при дневном свете. Существует еще целый ряд цветных методов.

Радиационные методы технического диагностирования машин основаны на законе ослабления интенсивности излучения, проходящего через объект диагностирования. Для этого применяют гамма- и рентгеновские дефектоскопы и радиометры. Определяют внутренние дефекты и интенсивнос ть изнашивания ответственных узлов, деталей ПТМ, металлоконструкций, зубчатые передачи, шарниры, узлы ходового оборудования.

Оптический метод технического диагностирования в качестве основного контрольного прибора глаз человека. Для расширения пределов контроля используют оптические приборы. Их используют на различных стадиях изготовления деталей, в процессе регламентных работ и осмотров, проводимых при ремонте и эксплуатации ПТМ и оборудования. Этот метод применяют для поиска поверхностных дефектов, коррозионных и эрозионных повреждений, забоин, открытых раковин и др.

Визуально-оптические приборы по назначению разделяют на три группы.

1)Лупы, микроскопы, телескопические лупы для контроля мелких деталей, но расположенных ближе 250мм от глаз контролера;

2)Телескопические лупы, зрительные трубы, бинокли для контроля удаленных объектов далее 250мм;

3)гибкие и местные эндоскопы, бароскопы, дефектоскопы и др. для контроля скрытых объектов.

Тепловой метод в качестве диагностического получил распространение как термометрический (изменение температуры деталей ПТМ). С помощью этого метода определяют деформацию элементов крана, состояние подшипников, смазочных систем, тормозов, муфт сцепления. Термометрию закрытых механизмов проводят с помощью термометра сопротивления, наружные поверхности с помощью термоиндикаторных красок и термоиндикаторов плавления.[4]

10.Прогнозирование ресурса элементов ПТМ

Важной задачей технической диагностики является прогнозирование состояния работоспособности ПТМ, включающее в себя предсказание размера наработки, при котором сохраняется работоспособность машины, а значения диагностических параметров находятся в допустимых пределах.

В настоящее время алгоритмы прогнозирования представлены двумя видами: алгоритмами экстраполяции и алгоритмами статической классификации. Прогнозирующее диагностирование базируется на трех основных методах:

1. Статический;

2. Граничных испытаний;

3. Инструментальный;

Статистический метод заключается в прогнозировании моментов отказов путем обработки полноценной и математически обоснованной информации об отказах различных элементов машин. При обработке собранной информации находят законы распределения отказов, основываясь на которой при заданном уровне надежности определяют наработку машины, после которой принимают соответствующие предупредительные меры (регулирование узлов, замена деталей). При этом методе точность прогнозирования момента отказов для отдельно взятой машины невелика. Для большой группы машины при установлении общего числа отказов она достаточна. Это позволяет полученные знания наработки отказов закладывать в основу составления графиков технического обслуживания и ремонта подъемно-транспортных машин.

Метод граничных испытаний базируется на определении прогнозирующих параметров машины или ее элементов в условиях испытаний. Это позволяет с достаточной точностью устанавливать наиболее вероятные отказы и существенно дополнить данные статистического метода.

Инструментальный метод базируется на применении технических средств диагностирования, обеспечивает корректировку данных, полученных первыми двумя методами, путем установления реального технического состояния машины и его изменения в конкретных условиях эксплуатации [2,3].

Остаточный ресурс можно спрогнозировать на основе зависимостей износа сопряжений машины от наработки с учетом ряда факторов[5]. Однако получение таких закономерностей является сложной и трудоемкой задачей. Тем не менее, для тракторов, автомобилей, строительных и сельскохозяйственных машин также методы прогнозирования остаточного ресурса разработаны достаточно детально. Наиболее известные из них:

• По допустимому уровню вероятности безотказной работы объекта диагностирования;

• По результатам экстраполяции изменения параметра изнашивания в функции наработки;

• Экономико-вероятностный метод по совокупности реализации параметров.

Для установления сроков безотказной работы ПТМ до очередного технического обслуживания и ремонта, а также для предотвращения внезапных отказов необходимо определение остаточного ресурса элементов этих ПТМ. Ресурс элементов определяют по трем параметрам, которыми обусловлена целесообразность работы машины без ремонта.

• В трансмиссиях – изнашивание элементов силовых передач и параметры виброакустического сигнала.

• В сварных металлоконструкциях – усталостные трещины, коррозионное изнашивание и остаточные деформации.

• В гидросистеме – объемный КПД и т.д.

В таблице 1 приведены критерии работоспособности ПТМ с типовыми примерами видов отказов элементов этих машин. На основании этих критериев предложены методы прогнозирования ресурса механических, электрических и гидравлических элементов ПТМ (табл.2). [4]

Таблица 1. – Критерии работоспособности элементов ПТМ

Объекты		Типовые примеры	Виды отказов				Критерии работоспособности
Курсив – Параметрическая надежность
ПТМ, сборочные единицы	Приводы ПТМ Приводы и механизмы ПТМ Механизмы и грузозахватные органы ПТМ Механизмы ПТМ ПТМ			Снижение точности Снижение КПД Снижение производительности Повышенный уровень шума и вибрации Повышенные расходы на эксплуатацию		Выходная точность Энергетическая эффективность Производительность Виброустойчивость Экономность
Надежность функционирования
Детали	Детали, работающие с большой начальной затяжкой Подверженные весовым нагрузкам или внутреннему давлению Валы, пружины, зубья колес, несущие металлоконструкции и грузозахватные органы ПТМ Пружины, болты, шпильки, коллекторы электродвигателей, детали из полимеров Детали из хрупких материалов или работающие при ударных нагрузках с большими остаточными напряжениями или работающие при низких температурах				Пластическая деформация Трещины разрушения, выкрашивание при повторных нагружениях Ползучесть, релаксация напряжений Разрушения			Статическая прочность Сопротивление усталости Длительная прочность Хрупкая прочность
Неподвижные сопряжения	Фрикционные и герметические соединения				Смещение, самостачивание, нарушение герметичности			Прочность или плотность соединений
Подвижные соединения	Тормозные колодки, траки гусеничных машин, диски и обкладки муфт и тормозов, зубья колес, щетки электродвигателей Передачи зацеплением, подшипники скольжения, подшипники качения с пластинчатым смазочным материалом Сопряжение кольца плавающего подшипника с корпусом, шлицевые соединения, с малым натягом Подшипники, червячные передачи				Предельное изнашивание Схватывание, заедание, увеличение сил трения Фреттинг корозия Зацепление, распор			Механическое изнашивание Механическое изнашивание Коррозионно-механическое изнашивание Теплостойкость

Таблица 2. – Методы оценки работоспособности ПТМ.

Узлы	Возможные следы первичных отказов	Рекомендуемые методы оценки работоспособности и долговечности
Курсив – Внезапный отказ
Механические	Разрушение деталей под действием циклической нагрузки и перегрузки Нарушение прочности сцепления и герметичности подвижных соединений	Прогнозирование ресурса расчетом Прогнозирование работоспособности расчетом. Испытания конструкции с предельным сочетанием отклонений параметров
Электрооборудование	Повреждение элементов электрооборудования	Прогнозирование ресурса расчетом по известным интенсивностям отказов элементов, термоциклирование
Постепенный отказ
Механические	Повышение силы (момента) Трение подвижных элементов Изнашивание подвижных сопряжений		Прогнозирование ресурса от интенсивности возрастания силы трения Прогнозирование ресурса по интенсивности изнашивания
Электрооборудование	Снижение сопротивления изоляции Залипание контактов реле Исчезновения электрического контакта в реле, разъемах, повышенное искрение электродвигателя, нарушение обратной связи по скорости в связи с загрязнением коллектора тахогенератора		Прогнозирование ресурса по скорости изменения сопротивления изоляции Прогнозирование ресурса по темпу изменения подгоревшей поверхности контакта Прогнозирование ресурса по скорости увеличения сопротивления в контакте
Гидрооборудование	Засорение и закоксование трубопроводов и клапанов		Прогнозирование ресурса поскорости закоксования сечения канала

Остаточный ресурс или прогнозируемый срок безотказной работы до очередного ремонта или обследования ПТМ или ее структурной единицы определяют в соответствии с результатом технического диагностирования ресурсных параметров, наработки до начала эксплуатации, предыдущего обследования технического состояния или от последнего капитального ремонта.

Техническое диагностирование по ресурсным параметрам с целью установления вида и объема ремонта ПТМ и ее структурной единицы, проводят при наличии явных признаков предельных состояний металлоконструкций или механизмов. При возникновении отказов третьей группы сложности диагностируют отказавший элемент. При отсутствии отказов и явных признаков предельного состояния структурных единиц ПТМ полное ресурсное диагностирование проводят при обследованиях технического состояния ПТМ с целью установления возможности их использования после наработки нормативного паспортного срока службы.

Для определения остаточного ресурса необходимо знать нормальное значение диагностического параметра , его предельное и текущее значениях, а так же наработку от начала эксплуатации до момента контроля ( использованный ресурс) и закономерность изменения диагностического параметра. Изменение Δ к моменту контроля от начала эксплуатации определяют с одной стороны как разницу ( – ), а с другой в общем виде выражают зависимостью:

(1)

Где А – величина, характеризующая интенсивность изменения контролируемого параметра;

ℒ - показатель степени (табл.3)

Предельное изменение параметра

, (2)

Где – остаточный ресурс элемента

Подставив в выражение (2) значение А из выражения (1) и произведя соответствующие преобразования, получим

[( (3)

При ℒ = 1 выражение (3) имеет вид

(4)

Параметры технического состояния сопряжений, деталей, узлов ПТМ	Среднее значение показателя степени
Рациональный износ в подшипниках качения и скольжения Износ посадочных гнезд корпусных деталей Износ зубьев и шестерен по толщине Износ шлицевых соединений валов Износ валиков, осей, пальцев Износ накладок тормозов	1,48 - 1,5 1,9 – 1,1 1,5 – 1,52 0,9 – 1,15 1,4 1,0

Прогнозирование ресурсов на основе плавной реализации изменений параметра технического состояния дает приближенные результаты. Для более точного прогноза необходимо учитывать случайные отклонения контролируемых параметров от теоретической кривой, характеризуемые коэффициентом вариации ошибки прогнозирования.[4]

Список литературы

1.Аблязов К.А., Катрюк И.С., Попов В.В. Основы теории надежности и диагностики, Учебн. пособие Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф.Ушакова,2008-212с.

2. Надежность и эффективность в технике : Справочник В 10 т.T9: Техническая диагностика/ Под общ. ред. В.В. Клюева, П.П. Пархоменко. М.: Машиностроение, 1987-351с.

3.Петров И.В. Диагностирование дорожно-строительных машин на стадии проектирования. М. : Машиностроение , 1986-224с.

4. Сероштан В.И., Огарь Ю.С., Головин А.И. и др. Диагностирование грузоподъёмных машин. М. :Машиностроение, 1992-192с.

5.Хазов Б.Ф., Дидусов Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. М. : Машиностроение, 1986-224с.

24 декабря 2012