Диагностические параметры, методы и средства
Основа диагностики – определение показателей технического состояния сборочных единиц, их замер и сравнение со значениями параметров, установленными нормами на создание машины. Признаки, характеризующие техническое состояние и имеющие количественное выражение, относят к параметрам технического состояния. В их число входят следующие диагностические параметры: - структурные, характеризующие структуру машины, сборочной единицы или деталей и сопряжений (зазоры, натяги, несоосность, положения регулируемых элементов и т. д.); - функциональные, характеризующие функционирование машины в целом и их сборочных единиц (мощность, удельный расход энергии или топлива; давление жидкости в гидросистеме, продолжительность циклов или операций и т. д.); - сопутствующие параметры процессов, сопровождающих работу машин или их сборочных единиц (параметры шума и вибраций, изменения температуры и т. п.). Кроме диагностических параметров в процессе диагностирования измеряют также параметры, необходимые для контроля и поддержания заданного режима работы объекта диагностирования (температуру рабочей жидкости в гидросистеме, давление и частоту вращения вала гидронасоса и др.). Контролируемые параметры могут и не быть параметрами технического состояния. В связи с тем, что техническую диагностику проводят без разборки машины, особое значение приобретают простейшие признаки, обеспечивающие возможность визуально установить техническое состояние машины. К ним относятся: вмятины, задиры, заметные участки износа, изъяны от подгорания масел, следы подтекания различного рода жидкостей, прорывы и утечка газов и т. п. При диагностировании используются также такие простейшие внешние признаки, как зазоры, люфты, размеры свободного и рабочего хода, шумы, стуки, вибрации, указывающие на износ и деформации деталей и сборочных единиц машин, на нарушение их балансировки и др. По характеру воздействия на объект диагностирования параметры различают на входные и выходные. Под входными параметрами понимают меру воздействия на объект диагностирования извне (в качестве входного параметра, например, можно использовать нагрузку на рабочий орган и характер ее приложения). Под выходным параметром понимают меру внешнего проявления свойств объекта диагностирования. Примерами выходных параметров могут быть мощность двигателя, температура охлаждающей жидкости и др. Количественной мерой параметра состояния является его значение, которое может быть номинальным, нормальным, допускаемым и предельным. Номинальное (расчетное) значение параметра определено его функциональным назначением и служит началом отсчета отклонений. Допускаемое значение параметра – значение, при котором обеспечивается безотказная работа сборочных единиц до очередного планового диагностирования. Значения параметров, не выходящие за пределы допускаемых величин, называются нормальными. Предельное значение параметра – наибольшее или наименьшее значение параметра, которое может иметь работоспособная сборочная единица. При этом значении параметра дальнейшая эксплуатация машины или сборочной единицы не допускается без проведения ремонтных операций. Все параметры состояния можно разделить на ресурсные и функциональные. Ресурсный параметр – параметр, изменение которого выше предельного значения обусловливает утрату работоспособности машины и необходимость проведения ремонтных операций. Функциональный параметр – параметр, изменение которого выше предельного значения связано с утратой работоспособности или с неисправностью машины. Этот параметр восстанавливается при техническом обслуживании машины. В процессе диагностирования широко используются диагностические параметры, которые не характеризуются количественными показателями, а лишь позволяют дать заключение об исправности объекта. Эти параметры носят название симптомов (дымный выхлоп, чрезмерный нагрев корпуса муфты). По степени локализации диагностические параметры делят на две группы: обобщенные и частные. Первые характеризуют общее техническое состояние отдельных сборочных единиц и машины в целом, вторые – состояние отдельных элементов. К числу обобщенных диагностических параметров относят эффективную мощность приводного двигателя, полный КПД гидравлического привода, ток холостого хода одного из двигателей крана, удельный расход топлива и др. К частным диагностическим признакам относят, например, амплитуду напряжений в цепи зажигания карбюраторного двигателя, скорость нарастания давления на кривой пульсирующего давления аксиально-поршневого насоса и т. д. Выбор диагностических параметров производят разными способами. В качестве обобщенных диагностических параметров чаще всего используют параметры технического состояния сборочной единицы или машины в целом, значения которых регламентированы технической документацией на данный объект (например, обобщенным диагностическим параметром насоса гидравлического привода может быть значение полного КПД или коэффициента подачи, допустимые и предельные значения этих параметров приводятся в паспортах насосов). При выборе из нескольких параметров учитывают информативность, а также сложность их измерения. При проведении общего диагностирования техническое состояние машины возможно определять по замеру эксплуатационных параметров. Методы и средства их диагностирования приведены в табл. 3. Так, анализ расхода топлива и смазочных материалов позволяет сделать вывод о правильности регулировки и степени износа двигателя; техническом состоянии силовой передачи, ходовой части и рабочего оборудования, механизмов управления. Методы и средства диагностирования разнообразны и классифицируются по нескольким признакам (табл. 3): области и степени применения, глубине диагностирования, объему и выдаче диагностической информации, принципу диагностирования. По области применения методы диагностики различаются в зависимости от того, в какой период они применяются - при изготовлении машин, монтаже, эксплуатации, подготовке и проведении ТОиР. По степени применения технических средств (контрольно-измерительных приборов и инструментов) методы диагностирования могут быть субъективными, выполняемыми с использованием простейших технических средств или без них, и объективными, с использованием разнообразных технических средств, которые специально подключаются для диагностирования и действуют автоматически. Они могут быть встроенными в машину или связанными с ней по каналам связи. Субъективные методы отличаются наибольшей простотой и наименьшей точностью, включают внешний осмотр, остукивание наружных деталей, определение температуры деталей и узлов и прослушивание их работы. Близко к субъективному диагностирование машин по структурным параметрам, обеспечивающим точность результатов и применение простых средств измерения. Например, измеряют зазоры в тормозных установках, проверяют уровень масла в корпусе редуктора. При этом применяют всевозможный измерительный инструмент: щупы, указатели уровня и другие простейшие средства. Инструментальный метод технического диагностирования позволяет установить реальное техническое состояние машины и его изменение в процессе эксплуатации. Таблица 3
Диагностирование с применением приборов основано на получении информации в виде электрических, световых, звуковых и других сигналов при взаимодействии ОД с физическими полями (электрическим, магнитным, акустическим и др.) В зависимости от принципа работы контрольных средств все известные методы неразрушающего контроля (НК) в соответствии с ГОСТ 18353-79 разделяются по видам: электрический, магнитный, вихретоковый, акустический, ультразвуковой, радиационный, радиоволновой, оптический, тепловой и проникающими веществами. Это разнообразие методов НК не охватывает ряд распространенных методов диагностирования машин – механический, поверхностной активации, другие специальные методы. Механический метод основан на измерении геометрических размеров деталей, зазоров в сопряжениях, усилий, давлений и скоростей элементов машин. В качестве средств, применяемых в этом методе, используются самые разнообразные мерительные инструменты: штангенциркули, индикаторы, нутромеры, шаблоны, щупы, ключи предельного момента, манометры и т. д. Большинство деталей механизмов ПТС и ДМ теряют свою работоспособность в результате изнашивания. Измерение местного износа осуществляют микрометрированием (скобы, индикаторные головки, эвольвентомеры). Для оценки формы изношенной поверхности используют метод искусственных баз, который заключается в нанесении на контролируемую поверхность углублений определенной формы (конуса, пирамиды). Износ оценивают по уменьшению размеров углубления (отпечатка). Электрический метод заключается в непосредственных замерах силы тока, напряжений, мощности, сопротивлений и других электрических параметров. Метод позволяет по косвенным параметрам установить техническое состояние ряда элементов машин – режимы работы электроприводов, угловых и линейных зазоров, крутящих моментов, давлений, температуры. Средствами для реализации этого метода являются стрелочные ампервольтметры; измерительные мосты; разнообразные датчики перемещений, усилий, моментов и давлений; тахогенераторы; термопары и др. Магнитные методы диагностирования основаны на регистрации магнитных полей рассеивания или на определении магнитных свойств контролируемых объектов. По способам регистрации магнитных полей различают методы магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, эффекта Холла, пондеромоторный, индукционный, магниторезисторный. Области применения методов: дефектоскопия; измерение толщины; контроль структуры и механических свойств; определение толщины немагнитных покрытий, качества термообработки. Наиболее распространен магнитопорошковый метод, с помощью которого выявляются поверхностные дефекты – трещины, расслоения, надрывы и др. Вихретоковый метод основан на измерении магнитных сопротивлений, изменений магнитного потока и магнитной проницаемости. Применяют его для определения технического состояния металлоконструкций, канатов грузоподъемных машин и др. Классические области применения метода – определение дефектов сплошности, контроль физико-механических свойств материалов, измерение размеров деталей и покрытий, измерение параметров вибрации и перемещения деталей. Достоинства метода – сравнительная простота реализации дистанционного диагностирования деталей, установленных в труднодоступных местах машин; возможность измерения толщины листа, стенки труб при одностороннем доступе; контроль быстродвижущихся ОД. Акустические методы основаны на измерениях упругих колебаний, распространяющихся по ОД в результате соударения движущихся деталей при работе механизмов – структурного шума, характер которого меняется по мере изнашивания деталей. Уровень шума или вибраций оценивают с помощью электрических стетоскопов и специальных шумомеров. Более полную информацию о наличии дефектов можно получить измерением частотного спектра шума (вибраций) пьезоэлектрическим преобразователем ускорений (стробатором). Ультразвуковой метод заключается в воздействии на элемент ОД направленными ультразвуковыми колебаниями. 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 его координаты. Метод широко используется для контроля состояния ответственных деталей из поковок, штамповок, отливок, пластмассы, сварных соединений, а также для измерения толщины деталей. Метод отличается большой проникающей способностью, позволяющей обнаруживать внутренние дефекты в крупногабаритных ОД. Радиационные методы диагностирования основаны на ослаблении интенсивности излучения, проходящего через ОД. Эти методы предполагают наличие источника излучения и детектора, регистрирующего уровень излучения. При прохождении через изделие излучение поглощается и рассеивается. Степень ослабления излучения зависит от толщины и плотности ОД. При наличии в ОД внутренних дефектов интенсивность и энергия выходящего пучка резко изменяются. В качестве источников излучения применяют рентгеновские аппараты, радиоактивные изотопы (Со-60, Сs-137), ускорители заряженных частиц. Рентгеновские аппараты просвечивают стальные детали толщиной до 160 мм, с применением ускорителей – до 450 мм. При диагностике ПТС и ДМ наиболее распространены рентгенография, рентгеноскопия и Радиоволновые методы применяют для проверки качества и геометрических размеров изделий из диэлектрических материалов (стеклопластика, пластмассы, резины, теплоизоляционных материалов, бумаги, фибры и др.). Оптический метод диагностирования наиболее простой, предполагает в качестве контрольного прибора глаз человека (визуальный контроль). Однако возможности глаза ограничены, поэтому применяют оптические приборы, или визуально–оптический контроль. Этот метод применяют для обнаружения поверхностных дефектов, коррозионных и эрозионных повреждений, забоин, открытых раковин. Однако при сравнительно малой трудоемкости и простоте контроля этот метод недостаточно чувствителен и достоверен. Более совершенен контроль с помощью оптических приборов – визуальных, детекторных, комбинированных. По своему функциональному применению они делятся на приборы для контроля мелких деталей, расположенных ближе 250 мм от глаз контролера, в пределах расстояния наилучшего зрения (лупы, микроскопы); для контроля удаленных объектов (телескопические лупы, зрительные трубы, бинокли); для контроля скрытых дефектов (гибкие и жесткие эндоскопы, бороскопы, перископические дефектоскопы и др.). Тепловой метод получил распространение при диагностировании машин как термометрический. С помощью термометрии определяют деформацию элементов крана, вызванную неравномерностью нагрева его частей; состояние подшипниковых узлов, смазочных масел, тормозов, муфт сцепления. Термометрию закрытых механизмов производят термометрами сопротивления, открытых – с помощью термоиндикаторных красок и термоиндикаторов плавления. Методы НК проникающими веществами в основном предназначены для обнаружения поверхностных дефектов изделий малых размеров (трещин, раковин), обладающих свойствами капиллярных трубок. Капиллярный метод по способу получения первичной информации может быть люминесцентным (излучающим) и цветным. Этот метод надежен при выявлении даже незначительных по размерам дефектов. В табл. 4 приведен классификатор методов и средств контроля технического состояния различных узлов подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин. На практике наибольшее применение для первичного поверхностного диагностирования нашли механический и акустический методы, с помощью которых возможна поверхностная оценка технического состояния машин. Для точной оценки технического состояния скрытых узлов машины с помощью безразборной диагностики в настоящее время применяются в основном методы: акустические, позволяющие оценить степень износа и разрегулировки различных кинематических пар; электрические, обеспечивающие проверку электроаппаратуры и некоторых узлов (например, годность стальных канатов или тормозов); химические, позволяющие оценить состояние двигателей и различных смазываемых узлов и гидравлических систем; спектрографические, позволяющие оценить степень износа различных кинематических пар. По конструктивному исполнению контрольно-измерительные средства диагностики подразделяют на внешние и встроенные в машину системы. Внешние средства диагностики размещают в передвижной диагностической станции или на стационарном посту эксплуатационной базы. В состав встроенных в машину систем диагностики входят датчики, показывающие приборы и индикаторы. Таблица 4
|
– контроль, используемые для контроля сварных и паяных швов, отливок, качества сборочных работ; диагностирования деталей после длительной эксплуатации.
