В.В. Трофимов

В.Т. Трофимов

Ю.В. Трофимов

НАДЕЖНОСТЬ И ДИАГНОСТИКА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Часть 2

Воронеж 2008

ГОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В.В. Трофимов В.Т. Трофимов Ю.В. Трофимов

НАДЕЖНОСТЬ И ДИАГНОСТИКА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Часть 2

Утверждено редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

В оронеж 2008

УДК 658 52.011.56.0123:621.9.06

Трофимов В.В. Надежность и диагностика технологических систем: учеб. пособие / Трофимов В.В., Трофимов В.Т., Трофимов Ю.В. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2008. Ч. 2. 190 с.

Во 2 части учебного пособия рассмотрены вопросы применения в технологических системах различных средств диагностики. Показаны комплексные решения проблемы повышения показателей надежности и эффективности работы гибких производственных систем. Приведены различные конструкции встроенных средств технической диагностики для токарных, фрезерных, сверлильных и других станков.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151000 «Конструктурско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы», по дисциплине «Надежность и диагностика технологических систем».

Учебное пособие может быть полезно при выполнении курсовых и дипломных работ и проектов.

Предназначен для студентов всех форм обучения

Табл. 8 Ил. 52 Библиогр.:18 назв.

Рецензенты: кафедра технических дисциплин

и технологии Воронежского

государственного педагогического

университета (зав. кафедрой

д-р техн. наук, проф. Ю.А. Воронин):

д-р тех наук, профессор В.Р. Петренко

© Трофимов В.В., Трофимов

В.Т., Трофимов Ю.В.2008

© Оформление. ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2008

ВВЕДЕНИЕ

Диагностика - основа обслуживания технических систем по их фактическому техническому состоянию.

Одной из наиболее важных и актуальных проблем современности является повышение качества и надежности механизмов, и оборудования в любой отрасли промышленности.

Традиционные пути решения этой проблемы известны Оптимизация систем, совершенствование конструкции и технологии изготовления отдельных элементов, резервирование механизмов, машин и оборудования, увеличение коэффициента запасав.

Эти пути наиболее эффективны для систем ограниченной мощности, таких как информационные системы, системы автоматического управления и связи и т.п. Эффект достигается в первую очередь, из-за высокого темпа развития элементной базы подобных систем, ее миниатюризации и высокой степени интеграции.

Однако во многих областях промышленности конструкция и технология изготовления отдельных узлов механизмов претерпела в течение последних десятилетий незначительные изменения, которые не привели к существенному повышению их надежности и ресурса. В то же время высокая степень резервации механизмов и введение коэффициентов запаса часто невозможны из-за ограничений по массе и габаритам. Поэтому потребовалось изыскание новых путей для решения проблемы повышения надежности и ресурса.

Технологические системы и оборудование эксплуатировались до выхода их из строя, либо обслуживались по регламенту, т.е. осуществлялось планово-профилактическое техническое обслуживание.

Эксплуатация оборудования до выхода его из строя возможна при использовании недорогих машин и при дублировании важных участков технологического процесса.

Обслуживание по регламенту получило в настоящее время более широкое распространение, что обусловлено невозможностью или нецелесообразностью дублирования и большими потерями при непредусмотренный остановках технологических систем или оборудования. В этом случае техническое обслуживание проводится с фиксированными интервалами времени. При таком подходе очень часто случается следующее: либо техническое обслуживание проводится на вполне исправной машине, которая прекрасно работает и без этого обслуживания, либо до обслуживания дело не доходит - машина выходит из строя раньше.

Увеличение надежности и ресурса механизма тесно связано с оценкой его технического состояния. Потому в последние десятилетия получило развитие новое направление в обслуживании технологических систем - техническая диагностика.

Техническая диагностика - это область науки и техники, разрабатывающая методы и средства определения и прогнозирования технического состояния технологических систем без их разборки.

Следует отметить, что техническое состояние технологических систем оценивали и раньше. Существуют уже давно измерительные приборы, системы контроля. Однако ограниченная информация о технологических системах и механизмах далеко не всегда позволяла выявить причины их отказов и, тем более, обнаружить б объекте дефект, который непосредственно не сказывался на функционировании объекта, но повышал вероятность отказа.

Использование методов и средств технической диагно­стики позволяет значительно уменьшить трудоемкость и время ремонта, что приводит к снижению эксплуатационных расходов. Следует отметить, что эксплуатационные расходы превышают расходы изготовления в несколько раз, Если учесть, что за время эксплуатации механизм подвергается нескольким десяткам профилактических осмотров с частичной разборкой, испытывает до 10 средних и до 3 капитальных ремонтов, тогда можно оценить, какая экономия будет достигнута за счет внедрения средств технической диагностики.

Повышенное внимание, уделяемое средствам технической диагностики специалистами по изготовлению и эксплуатации технологических систем, объясняется пользой внедрение таких средств:

• увеличение надежности и ресурса технологической системы,

• повышение производительности и объема производства,

• прогнозирование остаточного ресурса,

• уменьшение времени на ремонтные работы,

• сокращение эксплуатационных затрат.

В развитии средств оценки технического состояния технологической системы можно выделить 4 основных этапа:

• контроль измеряемых параметров,

• мониторинг контролируемых параметров,

• диагностика технологических систем,

• прогноз изменения технического состояния технологических систем

При контроле параметров технологической системы достаточно информации о величинах измеряемых параметров и зонах их допустимых значений. При мониторинге контролируемых параметров необходима дополнительная информация о тенденциях изменения измеряемых параметров во времени. Еще больший объем информации требуется при диагностике, чтобы определить место возникновения дефекта, определить его вид и оценить степень его развития. Наиболее сложной задачей является прогноз изменения технического состояния, позволяющий определить остаточный ресурс или период безаварийной работы.

Оценить состояние технологической системы можно по величине механических характеристик (износ, деформация, перемещение и т.п.), электрических характеристик (напряжение, ток, мощность и др.), химических характеристик (состав

газов, смазки и т.п.), а также по излучению энергии (тепловой, электромагнитной, акустической и т.п.). Эти величины, преобразованные в электрические сигналы, обрабатываются специальными техническими средствами, а оператор принимает решение, что с этой технологической системы делать дальше.

При выборе диагностического сигнала для определения места возникновения дефекта, вида дефекта и степени его развития, и для прогнозирования изменения технического состояния объекта требуется большой объем диагностической информации.

Такие диагностические сигналы, как температура, давление, напор жидкости, наличие металлических частиц в смазке и т.п., можно характеризовать практически только одним параметром - их величиной. Значительно больший объем диагностической информации содержится в акустическом или гидродинамическом шуме и вибрации - это их общий уровень, уровни в определенных полосах частот, соотношения между этими уровнями, амплитуды, частоты и начальные фазы каждой составляющей спектра частот, соотношения между амплитудами и частотами и т. д. Таким образом, именно сигналы вибрации и шума лучше всего подходят для решения задач диагностики и прогноза состояния технологической системы

Еще одним важным обстоятельством в пользу выбора вибрации технологической системы, в качестве диагностического сигнала является то, что дополнительные колебательные силы, возникающие из-за дефекта, возбуждают вибрацию непосредственно в месте его появления. Вибрация практически без потерь распространяется до точки ее измерения, поэтому появляется возможность исследовать колебательные силы, действующие в работающей технологической системе. Это позволяет диагностировать ее на рабочем месте без остановки и разборки.