Основные положения по техническому диагностированию ПТСДМ
2.1. Методы и системы диагностирования ПТСДМ
Состояние ПТСДМ как объекта диагностики оценивается по результату выполнения возложенных на него функций (функциональное диагностирование) или по реакции на создаваемое внешнее воздействие на объект диагностики (тестовое диагностирование). Задачами диагностирования являются: проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования объекта, поиск дефектов. Диагностирование как процесс осуществляется теми или иными средствами диагностирования. Эти средства могут быть аппаратными или программными. Средства и объект диагностирования, взаимодействующие между собой образуют систему диагностирования. Различают системы тестового и функционального диагностирования. При функциональном диагностировании диагностирование происходит в процессе применения объекта по назначению. При этом на объект поступают только рабочие воздействия, предусмотренные самим ходом его функционирования. Системы функционального диагностирования применяются для проверки правильности функционирования и для поиска дефектов, нарушающих правильное функционирование объекта. Дефект – отдельное несоответствие установленным требованиям. Системы функционального диагностирования можно считать системами контроля, не требующими подачи на объект целенаправленных воздействий. Функциональное диагностирование может осуществляться как непрерывно, так и периодически или эпизодически. При функциональном диагностировании необходимо четко определить: - понятия исправности, работоспособности, правильности функционирования по отношению к конкретным функциям и условия применения объекта; - типы и перечни дефектов, подлежащих обнаружению и поиску при диагностировании; - распределение задач диагностики по периодам жизненного цикла объекта; - алгоритм функционального диагностирования и его виды; - глубину функционального диагностирования; - средства (аппаратные, программные, автоматические или ручные, специализированные или универсальные, внешние или встроенные) функциональной диагностики. Функциональное диагностирование заключается в обработке информации, характеризующей качество функционирования объекта диагностики. При техническом диагностировании по алгоритму функционирования машины фиксируется последовательность выполнения всех операций или временные интервалы и продолжительность выполнения операций или то и другое. При функциональном техническом диагностировании на вход объекта диагностики должны поступать нормальные рабочие сигналы и он должен функционировать в нормальных условиях. Техническое состояние объекта диагностики в процессе его функционирования оценивается по различным внешним признакам. Например, по сопутствующему нагреву отдельных деталей или вообще тепловому полю, создаваемому при функционировании узла или агрегата. Нагрев элементов узла выше допустимого характеризует возникновение в нем дефекта. Состояние электротехнических и электронных объектов оценивается по электромагнитному полю, создаваемому ими при функционировании, искажение которого свидетельствует об изменениях их технического состояния. Большие возможности для оценки технического состояния узлов и агрегатов с поврежденными элементами вращательного и поступательного движения имеют виброакустические методы. Анализ виброакустического поля объекта диагностики позволяет обнаружить ненормальности в его работе, вызванные изменением его технического состояния. О состоянии механических объектов при их функционировании судят и по различным косвенным признакам. Так в узлах с трущимися деталями изнашивание сопровождается увеличением концентрации металлических включений в смазочном материале. Фиксируя эти изменения, судят о степени изнашивания трущихся деталей и, следовательно, об изменении технического состояния агрегата. Информацию о техническом состоянии привода машины дает расход (потребление) энергии. Как правило, увеличение потребления энергии свидетельствует о нарушениях в работе привода, вызванных возникновением дефекта. На рисунке 1 приведена классификация методов функционального диагностирования. Рисунок 1 − Методы функционального диагностирования
При тестовом диагностировании на объект подают специально подготовленные тестовые воздействия. Системы тестового диагностирования предназначены для проверки исправности и работоспособности, а также для поиска дефектов, нарушающих исправность и работоспособность объекта. Системы тестового диагностирования являются разновидностью систем управления, так как в них реализуется выработка и осуществление специально организованных тестовых (управляющих) воздействий на объект, с целью определения технического состояния последнего. Тест (англ. test – проба, испытание, исследование) – задание с известным решением, предназначенное для проверки качества системы. Задача построения теста состоит в том, чтобы найти такую совокупность и последовательность входных воздействий, при подаче которой на объект диагностирования получаемые ответы объекта в заданных контрольных точках позволяют делать заключение о его техническом состоянии. Проверяющие тесты предназначены для проверки исправности или работоспособности объекта, а тесты поиска дефектов – для указания места и, возможно, причин дефектов, нарушающих исправность и работоспособность объекта диагностирования. В качестве тестовых могут быть использованы входные воздействия, являющиеся рабочими при применении системы по назначению. Такие тесты называют функциональными. Однако, функциональные тесты пригодны только для проверки работоспособности объектов, так как обеспечиваемая ими полнота обнаружения и глубина поиска дефектов явно недостаточны для проверки исправности и поиска дефектов. Средства тестового диагностирования содержат две основные части: генератор тестовых воздействий и анализатор ответов объекта на тестовые воздействия. Тестовое диагностирование требует специальных генераторов, которые вырабатывают тестовые воздействия, подаваемые в объект диагностики и стимулирующие его реакцию. По степени отклонения реакции объекта диагностики от номинальной судят о его техническом состоянии. Тестовое диагностирование осуществляют как на функционирующих машинах и узлах, так и на нефункционирующих. При этом необходимо исключать влияния тестовых воздействий на функционирование объекта диагностики. Для тестового диагностирования используют как рабочие входы, так и входы, специально организованные для диагностирования. Генератор и анализатор функционально и конструктивно выполняют отдельно друг от друга. Генератор хранит и создает (генерирует) тесты и подает их на объект диагностирования. Анализатор хранит полученные ответы, сравнивает фактические ответы с ожидаемыми и выдает результат – диагноз. Часто анализатор представляет собой совокупность эталона (исправная копия объекта) и схему сравнения. Также часто часть функций генератора и анализатора возлагается на человека. На рисунке 2 представлена классификация методов тестового диагностирования. Рисунок 2 − Методы тестового диагностирования
Тестовое воздействие осуществляется одиночным или многократным воздействием. Примером одиночного воздействия может служить одиночный импульс, т.е. одна элементарная проверка. Многократное воздействие характерно для тестового диагностирования дискретных объектов, когда на вход подается серия импульсов. Для сложного объекта диагностики, который состоит из нескольких сборочных единиц, включающих, в свою очередь, по несколько взаимосвязанных систем и элементов, можно использовать сочетания разных методов как функционального, так и тестового диагностирования. В обеих системах средства диагностирования воспринимают и анализируют ответные реакции объекта на входные воздействия и выдают результат диагностирования – диагноз (от греч. diagnosis – распознавание, определение). Последовательность действий при диагностировании называется алгоритмом диагностирования и, как правило, включает в себя совокупность так называемых элементарных проверок объекта, а также правил, устанавливающих последовательность реализации элементарных проверок и правил анализа результатов. Каждая элементарная проверка определяется своим тестовым или рабочим воздействием, подаваемым или поступающим на объект, и составом контрольных точек, с которых снимается ответная информация с объекта. Результатом элементарных проверок являются конкретные значения ответных сигналов объекта в соответствующих контрольных точках. Современным средством проверки является моделирование поведения системы как в исправном состоянии, так и при наличии в ней дефектов. Такое моделирование называется диагностическим. Техническое диагностирование можно выполнять тремя основными методами: статистическим, методом граничных испытаний и инструментальным. При статистическом методе моменты отказа прогнозируют на основе обработки результатов достаточно полной и математически обоснованной информации об отказах как элементов, так и самих машин. Точность прогнозирования момента отказа для отдельно взятой машины невелика, но для большой группы машин она достаточна, что позволяет ее закладывать в основу составления графиков планово-предупредительных работ. Метод граничных испытаний, основанный на определении прогнозирующих параметров машины или ее элементов в условиях ускоренных (ужесточенных) испытаний, позволяет с достаточной точностью и быстротой устанавливать слабые элементы и типовые дефекты, тем самым существенно дополняя данные статистического метода. Инструментальный метод, базирующийся на применении диагностирующей аппаратуры, обеспечивает необходимую корректировку данных, полученных первыми двумя методами, за счет установления реального технического состояния машины и его изменения в конкретных условиях эксплуатации.
2.2. Технические средства диагностики
Средства, с помощью которых осуществляется диагностирование технического состояния объекта могут быть аппаратными или программными, внешними или встроенными, ручными, автоматизированными или автоматическими, специализированными или универсальными и т.д. В качестве средств диагностирования может выступать человек - оператор, контролер, наладчик. По степени применения технических средств (контрольно-измерительных приборов и инструментов) методы диагностики могут быть субъективными, выполняемыми с использованием простейших технических средств или без них, и объективными, т.е. с использованием технических средств диагностирования, которые могут специально подключаться и действовать автоматически, быть встроенными в ПТСДМ или связанными с ними по каналам связи. Субъективные методы отличаются наибольшей простотой и наименьшей точностью, включают внешний осмотр, простукивание наружных деталей, определение температуры узлов и прослушивание их работы. Эти методы применяют, как правило, в сочетании с простейшими средствами измерений. Некоторое применение находит близкое 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 используют всевозможный измерительный инструмент: щупы, указатели уровня и другие простейшие средства. В ряде случаев агрегаты ПТСДМ могут выполнять свои функции только тогда, когда пространства, в которых совершаются рабочие процессы, достаточно герметичны (гидроцилиндры и элементы гидропривода). В этих случаях техническое состояние определяется герметичностью рабочих объемов. В качестве средств при этом используют манометры, вакуумметры, пьезометры (дифференциальныe манометры), расходомеры и пневматические цилиндры.
2.3. Методы неразрушающего контроля По построению процесса технического диагностирования следует различать поэлементные групповые проверки, логический анализ симптомов отказа. По глубине диагностирования ПТСДМ методы технической диагностики разделяются на общие и поэлементные (глубинные). По объёму информации методы технической диагностики могут обеспечивать получение информации только о месте отказа или о месте, причине и моменте отказа при использовании автоматических технических средств диагностики. По видам диагностической информации различают методы, выявляющие сведения о самом процессе, нарушения которого необходимо определить, или о косвенных показателях, связанных с прохождением процесса. Диагностирование с применением приборов основано на получении информации в виде электрических, световых, звуковых и других сигналов при взаимодействии объекта диагностики с физическими полями (электрическими, магнитными, акустическими и др.). В зависимости от принципа работы контрольных средств все известные методы неразрушающего контроля разделяются на следующие виды: механический, акустический, магнитный, оптический, радиационный, тепловой, радиоволновой, электрический, вихретоковый, проникающими веществами и др. Механический метод основан на измерении геометрических размеров деталей, зазоров в сопряжениях, усилий, давлений и скоростей элементов ПТСДМ (таблица 1). Этот метод прост, нагляден, получил широкое распространение при количественной оценке износа деталей, установлении зазоров и люфтов в сопряжениях, давлений в гидро- и пневмосистемах, усилий затяжки, номинальных скоростей приводов. В ряде методов измерения износа деталей базами являются углубления, специально наносимые на изнашиваемую поверхность. Эта группа получила название метод искусственных баз, который заключается в том, что наносимые на изнашивающуюся поверхность углубления имеют строго определенную форму в виде конуса или пирамиды и по уменьшению размеров углублений (отпечатка) судят о размере износа. Наибольшее распространение получили метод отпечатков и метод вырезанных лунок. Методы искусственных баз, обеспечивая высокую точность измерения износа, в ряде случаев сложнее методов измерения износа микрометрированием. Поэтому их рекомендуется применять только в тех случаях, когда более простые методы измерения износа не обеспечивают необходимой точности. Таблица 1 – Механические методы технической диагностики
Акустические методы (таблица 2) основаны на измерениях упругих колебаний, распространяющихся по узлам машин в результате соударения движущихся деталей при работе механизмов (структурный шум, характер которого изменяется по мере изнашивания деталей). Разновидностью является ультразвуковой метод который состоит в том, что направленные ультразвуковые колебания вводятся в элемент диагностики от специального пьезометрического датчика. На границе двух сред (трещины, поры, неметаллические включения) ультразвуковой луч отражается и фиксируется приемником. Широкое распространение акустических методов контроля объясняется высокой чувствительностью, позволяющей выявлять легкие дефекты; большой проникающей способностью, позволяющей обнаруживать внутренние дефекты в крупногабаритных деталях ПТСДМ; возможностью определения места и размеров дефекта; практически мгновенной индикацией, позволяющей автоматизировать техническую диагностику; возможностью контроля при одностороннем доступе в объект диагностики; простотой и высокой производительностью; безопасностью работы оператора и окружающего персонала.
Таблица 2 – Акустические методы технической диагностики
К недостаткам этих методов технической диагностики относится необходимость разработки специальных методик контроля отдельных типов деталей и элементов машин, сравнительно высокая чистота обработки поверхности контролируемых объектов и наличие мертвых зон, снижающих эффективность диагностирования. Магнитные методы технического диагностирования (таблица 3) основаны на регистрации магнитных полей рассеивания, возникающих над дефектами, или на определении магнитных свойств контролируемых объектов.
Таблица 3 – Магнитные методы технической диагностики
Магнитные методы классифицируют по способам регистрации магнитных полей рассеивания или определения магнитных свойств объекта диагностики: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, эффекта Холла, индукционный, пондеромоторный, магниторезисторный. Области применения: дефектоскопия, измерение толщины, контроль структуры и механических свойств. Дефектоскопия включает в себя определение поверхностных дефектов типа нарушения сплошности. При этом используют все перечисленные виды магнитных методов. Феррозондовый, эффект Холла и пондеромоторный методы применяют для определения толщины немагнитных и слабомагнитных покрытий на ферромагнитных изделиях, азотированного и цементированного слоев, слоя поверхностной закалки. Методы феррозондовый и эффекта Холла используют для контроля структуры и механических свойств материалов - определения качества термообработки, количества магнитной фазы в немагнитных сплавах, механических характеристик ферромагнитных сталей, остаточного аустенита, магнитной анизотропии. Одним из самых распространенных методов обнаружения дефектов является магнитопорошковый метод, с помощью которого выявляют преимущественно поверхностные дефекты: трещины, расслоения, надрывы и др. Магнитопорошковый метод позволяет выявить трещины с шириной раскрытия от 0,001 мм и глубиной 0,01 мм и более. Следует иметь в виду, что на чувствительность магнитопорошкового контроля влияют размеры намагничивающего поля, качество магнитного покрытия на поверхности контролируемой детали и др. Внутренние дефекты деталей выявляются надежно, если глубина их залегания не превышает 2 мм. При этом напряженность поля должна быть такой, чтобы диагностируемая деталь была намагничена до индукции, близкой к насыщению. Оптический метод технической диагностики предполагает в качестве основного контрольного прибора глаз человека. Однако возможности глаза ограничены, поэтому для расширения пределов контроля используют оптические приборы. Визуальный контроль с применением оптических приборов называют визуально-оптическим, он так же, как и визуальный осмотр, наиболее доступен и прост при обнаружении поверхностных дефектов деталей. Преимущества визуально-оптического метода: несложные средства контроля, сравнительно малая трудоемкость и простота контроля. Недостатки: недостаточная достоверность и чувствительность. Этот метод применяют для поиска поверхностных дефектов, коррозионных и эрозионных повреждений, забоин, язв, открытых раковин, доступных для непосредственного осмотра, а также для анализа характера и определения типа поверхностных дефектов, обнаруженных при контроле деталей ультразвуковым, вихревым и другими методами технической диагностики. По виду приемника лучистой энергии различают три группы оптических приборов: визуальные, детекторные, комбинированные. К визуальным отнесены обзорные приборы, эндоскопы, лупы, микроскопы, а также приборы для измерения линейных и угловых размеров. К детекторным относят приборы, в которых приемником лучистой энергии служат различные детекторы: химические реагенты (фотоэмульсии), люминесцирующие вещества, электронные приборы и др. Комбинированные приборы пригодны для обзора объектов визуально и с помощью детектора. Визуально оптические приборы по назначению разделяют на три группы: приборы для контроля мелких деталей, но расположенных ближе 250 мм от глаза контролера, т.е. в пределах расстояния наилучшего зрения (лупы, микроскопы, телескопические лупы); приборы для контроля удаленных объектов, т.е. расположенных далее 250 мм (телескопические лупы, зрительные трубы, бинокли); приборы для контроля скрытых дефектов (гибкие и жесткие эндоскопы, бороскопы, перископические дефектоскопы и др.). Фотоэлектрический метод (таблица 4) применяют для измерения линейных и угловых люфтов и зазоров в сопряжениях деталей Этот метод может быть использован также для определения качественного состава масел в гидроприводах машин путем сравнения цветного состава и мутности эталонной пробы масла с пробой, отобранной из исследуемой среды.
Таблица 4 – Фотоэлектрические методы технической диагностики
Применение этих средств диагностики обусловлено простотой их конструкций и высокой чувствительностью. Радиационные методы технического диагностирования машин основаны на законе ослабления интенсивности излучения, проходящего через объект диагностики. В ряде случаев с целью существенного сокращения затрат времени и материальных средств для получения достоверной информации об изнашивании деталей в процессе работы ПТСДМ, а также автоматизации контроля за их изнашиванием целесообразно применение методов радиоактивных индикаторов. Наиболее распространенными методами являются рентгенография, рентгеноскопия и g-контроль (таблица 5), используемые для проверки сварных и паяных швов, отливок, а также качества сборочных работ и технического диагностирования деталей и агрегатов после длительной эксплуатации.
Таблица 5 – Радиационные методы технической диагностики
Радиационный контроль предполагает наличие источника ионизирующего излучения и детектора, регистрирующего диагностируемую информацию. При прохождении через изделие ионизирующее излучение ослабляется и рассеивается. Степень ослабления зависит от толщины и плотности материала деталей ПТСДМ, а также от интенсивности и энергии излучения. При наличии в деталях внутренних дефектов интенсивность и энергия выходящего пучка излучения резко изменяются. В качестве источника излучения применяют рентгеновские аппараты, ускорители заряженных частиц и радиоактивные изотопы. Рентгеновские аппараты используют для просвечивания стальных деталей толщиной 120 – 160 мм. С применением ускорителей электронов, являющихся источниками высокоэнергетического излучения, просвечивают стальные изделия толщиной более 450 мм. Тепловой метод в качестве диагностического метода получил распространение в основном как термометрический (таблица 6). Термометрия – это измерение температуры узлов и деталей ПТСДМ.
Таблица 6 – Тепловые методы технической диагностики
С помощью термометрии можно определять деформацию элементов машины, вызванную неравномерностью нагрева отдельных частей, состояние подшипниковых узлов, смазочных систем, тормозов, муфт сцепления. Термометрию закрытых механизмов можно производить с помощью термометров сопротивления, а температуру узлов, имеющих наружные поверхности, с помощью термоиндикаторных красок или термоиндикаторов плавления. Термоиндикаторы представляют собой суспензию термочувствительных соединений, пигментов и наполнителей в лаке на основе синтетических смол, которые обладают свойством изменять цвет при достижении определенной температуры, называемой температурой перехода. Термоиндикаторы обладают преимуществами перед существующими способами определения температуры с помощью термометров сопротивления, так как не требуют применения специальной измерительной аппаратуры, имеют широкий интервал изменения температур, могут быть использованы для определения температур на движущихся деталях, не изменяют цвета и не разрушаются под действием токов разной частоты. Радиоволновые методы ТД применяют для проверки качества и геометрических размеров изделий из диэлектрических материалов (из стеклопластика, пластмассы, резины, термозащитных и теплоизоляционных материалов, бумаги, фибры и т.д.), для измерения влажности материалов, толщины металлического листа. Электрический метод заключается в непосредственных замерах силы тока, напряжений, мощности, сопротивлений и других электрических параметров (таблица 7). Метод позволяет по косвенным параметрам установить техническое состояние ряда элементов ПТСДМ. Перспективность этого метода заключается в возможности определения режима работы электрических приводов, угловых и линейных зазоров, крутящих моментов, давлений и температуры.
Таблица 7 – Электрические методы технической диагностики
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. Для этого используют накладные или проходные индуктивные датчики и датчики магнитной анизотропии. При этом используют зависимость траекторий, переходных характеристик и спектра частот токов, возбуждаемых в объекте диагностики, от его формы и размеров, амплитуды и физико-механических свойств, а также от расстояния до датчика, частоты и скорости перемещений и вибрации. Различают четыре классические области применения вихретокового метода: определение и оценка вида и размеров дефектов сплошности; контроль и определение физико-механических свойств и марок материалов; измерение размеров деталей и покрытий; измерение параметров вибрации и перемещения деталей. Преимущества метода: возможность проверки большого числа параметров объекта диагностики; отсутствие необходимости электрического или механического контакта датчика с поверхностью деталей или узлов; быстрота проведения измерений и малая их трудоемкость; сравнительная простота реализации дистанционного технического 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. Методы неразрушающего контроля проникающими веществами (капиллярные и течеискание) по характеру взаимодействия веществ с объектом диагностики 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. Эти методы технической диагностики просты в работе и высокопроизводительны, надежны при выявлении даже незначительных по размерам дефектов. Капиллярные методы делятся на люминесцентные и цветные (хроматические). Процесс люминесценции наблюдается при облучении люминесцентного вещества ультрафиолетовым светом. Для этого подбирают вещества, дающие под воздействием ультрафиолетового облучения видимый свет. Для возбуждения люминесценции при проведении диагностирования используются ультрафиолетовые лучи ртутно-кварцевых ламп. Необходимо, чтобы видимое свечение приходилось на желто-зеленую область спектра, соответствующую максимальной чувствительности глаза. Второй вид капиллярного метода – цветной метод – основан на выявлении дефектов с помощью ярко окрашенных проникающих жидкостей. Технологический процесс диагностирования этим методом мало чем отличается от люминесцентного. Цветной метод диагностирования прост по сравнению с люминесцентным методом, не требует ультрафиолетового источника света, а контроль производят визуально при дневном свете. Помимо упомянутых люминесцентного и цветного методов известны еще яркостный (ахроматический), люминесцентно-цветной методы, метод фильтрующих частиц, относящиеся к основной группе. Кроме того, известен ряд комбинированных методов: капиллярно-электрический, капиллярно-электроиндуктивный, капиллярно-магнитопорошковый, капиллярно-радиационный излучения, капиллярно-радиационный поглощения. Эффективность рассмотренных выше методов технической диагностики ПТСДМ (по пятибалльной системе) с учетом выявляемости дефектов, производительности и их разрешающей способности приведены в таблице 8.
Таблица 8 – Сравнительная эффективность методов диагностики
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (653)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |