Визначення технічного стану

Стан об'єкта діагностування можна оцінити по результату виконання покладених на нього функцій (функціональне діагностування) або по реакції створюваного зовнішнього впливу на об'єкт діагностування (тестове діагностування).

Функціональне діагностування полягає в обробці інформації, що характеризує реакції об'єкта на робочі впливи під час функціонування. Це може бути контроль робітників, силових параметрів процесу (витрата, тиск, сили й інші), часу спрацювання. Однак при технічному діагностуванні припускають одержання додаткової інформації про стан устаткування. Стан механічного устаткування бажано оцінювати саме в процесі функціонування, при виконанні основних операцій технологічного процесу. Це дозволяє визначити відповідність технічного стану елементів прикладеним навантаженням і умовам роботи.

Відмінною рисою функціонального діагностування є одночасний контроль вхідних впливів і вихідних реакцій об'єкта. Контрольовані параметри можуть бути одномірними (наприклад, частота обертання механізму 80% від номінальної) і багатомірними, що представляють кілька взаємодоповнюючих параметрів. Наприклад, загальний рівень вібрації механізму – 4,8 мм/с; температура корпусних деталей – 56⁰С; сила струму приводного двигуна – 250 А. У перелік параметрів може включатися й час як ступінь відхилення фактичного режиму роботи від заданого.

Тестове діагностування припускає оцінку реакції об'єкта на тестовий вплив, який виробляється спеціальним генератором, наприклад – ультразвуковий метод неруйнуючого контролю. По ступеню відхилення реакції об'єкта від номінальної судять про технічний стан (рисунок 8.5). Тестове діагностування може бути виконане на працюючому або на не працюючому об'єкті.

Своєрідним тестовим впливом для механічного встаткування, можна розглядати режим холостого ходу, тобто роботу механізмів без навантаження. Контроль технічного стану механізму до й після проведення ремонту також один із прийомів тестового діагностування, що дозволяє оцінити ефективність проведених робіт.

Рисунок 8.5 - Методи тестового впливу

У результаті контролю технічного стану визначаються значення діагностичних параметрів. Для одержання якісної оцінки технічного стану необхідні критерії розпізнавання - вирішальні правила. Під цим критерієм розуміється чисельне значення діагностичного параметра, що розділяє граничні стани об'єктів. Відомі методи дозволяють оцінити технічний стан шляхом взаємного, відносного й абсолютного порівняння.

Взаємна оцінка проводиться у випадку наявності декількох машин одного виду. Діагностичні параметри цих машин виміряються в аналогічних крапках, при однакових умовах. Оцінка стану проводиться шляхом взаємного порівняння. В основі даного методу лежить постулат про те, що підвищення (зниження) значення діагностичного параметра відповідає зміні технічного стану механізму. Припустимо, що існує n однотипних механізмів M. Заміри при однакових умовах і технологічних навантаженнях дозволили одержати ряд значень S₁, S₂,...,S_m.

Розпізнавання станів проводимо по трьох групах: добре, задовільно, погано. Припустимо, що між збільшенням параметра й погіршенням технічного стану існує прямолінійна залежність. Фактично, залежність між значенням діагностичного параметра й технічним станом може бути нелінійною. Одне із завдань діагностики – визначення характеру даної залежності. Визначаємо максимальне S_max і мінімальне S_min значення з даного ряду. Критерій оцінки До обчислюємо по формулі:

ДО = S_max/(S_min×N),

де N - число груп станів.

Границі інтервалів L_n:

L_n = S_min·K.

Таким чином, машини, що мають значення діагностичного параметра від S_min до S_min×K, складуть групу машин з гарним станом. Машини значення, що мають, від Smin( K до 2(Smin( K утворять групу машин із задовільним станом. Поганий стан визначається інтервалом від 2×S_min×K до S_max. Період експлуатації до відмови навіть однотипних механізмів неоднаковий у силу впливу випадкових факторів. Процес зношування носить віяловий характер через розсіювання інтенсивності зношування із часом. Отже, строки попереджувального ремонту конкретних механізмів будуть різними. Реалізація даного методу дозволяє визначити послідовність ремонту. У першу чергу ремонту підлягають механізми з «поганим» станом, далі з «задовільним».

При відносній оцінці виміряється діагностичний параметр одного об'єкта й проводиться тимчасове порівняння отриманих значень. Значення для нормально працюючого об'єкта приймаються як початкові. Оцінюється кратність перевищення початкової величини. Визначається ступінь погіршення S:

S = X_i/X_n,

де Х_i, X_n - поточні й початкове значення параметра.

Щодо параметрів вібрації можна затверджувати, що зміна вібрації в 2 рази не приводить до істотних змін ТС. Тому, при S > 2, необхідно звернути увагу на технічний стан механізму, а перевищення параметром S 4- кратні значення визначається як небезпечний стан.

Процес зношування деталей машин при експлуатації має три етапи: припрацювання, зношування, що встановилося та катастрофічне зношування. Відповідно процес зміни вібрації також має три етапи. Етап припрацювання має трохи підвищений рівень вібрації з тенденцією зменшення, етап сталого зношування характерний малою швидкістю наростання контрольованого параметра, етап прискореного зношування має більшу швидкість зміни вібрації. Границя між другим і третім етапами встановлюється збільшенням швидкості зміни вібрації в 3...4 рази. У випадку виникнення несправностей можлива різка, східчаста зміна вібрації. Шляхом побудови графіків залежності результатів виміру від часу, простежується тенденція розвитку, екстраполяція якої дозволяє визначити час ремонту (рисунок 8.6).

Рисунок 8.6 - Метод відносної оцінки

Збільшення вибірки обстежуваних машин підвищує ймовірність охвату всіх можливих технічних станів. Це дозволяє визначити абсолютні (стандартні) границі станів об'єктів. Прикладом реалізації даного підходу є стандарт ГОСТ ІСО 10816-1-97 (таблиця 8.2). Рівні віброшвидкості в даному стандарті прийняті із кроком 1,6. Збільшення віброшвидкості на два рівні (в 2,56 рази) призводить до зміни технічного стану. Зміна вібрації в 10 разів - відповідає зміні технічного стану від гарного до аварійного.

Стосовно до металургійного встаткування даний підхід має обмежене застосування. Це пов'язано з розмаїтістю конструкцій, умов експлуатації, тривалими термінами служби й відсутністю статистичних даних. Дані рекомендації не застосовують до важконавантажених низькошвидкісних машин великої маси, металорізальним верстатам, устаткуванню встановленому на податливій підставі. Нормативи для такого встаткування можуть бути визначені експериментально або розрахунковими шляхом моделювання несправних станів.

Для металообробних верстатів рекомендації даного стандарту також не підходять. Збільшення вібрації верстата до припустимих 4,5 мм/c часто призводить до підвищення шорсткості оброблюваної деталі, наслідок - брак продукції, що випускається.

Таблиця 8.2 - Оцінка технічного стану машин за значеннями середньоквадратичної віброшвидкості, мм/с - стандарт ІСО 10816-1-97

Зона А – у цю зону попадають, як правило, нові машини, тільки що уведені в експлуатацію. Зона В - машини, що попадають у цю зону, звичайно вважають придатними для подальшої експлуатації без обмеження строків. Зона З – машини, що попадають у цю зону, звичайно розглядають як непридатні для тривалої експлуатації. Звичайно дані машини можуть функціонувати обмежений період часу, поки не з'явиться підходяща можливість проведення ремонтних робіт. Зона D – рівні вібрації в даній зоні звичайно розглядають як серйозні, для того щоб викликати ушкодження машини.

При визначенні границь технічного стану може бути використаний метод статистичної класифікації по частоті рівнів діагностичного параметра, що проявляються. Розглянемо результати зміни віброшвидкості 12 димососів одного із цехів металургійного заводу. Конструкція димососів ОЦ–32 являє собою типову схему двохопорного вала, установленого на підшипниках ковзання, з міжопорним розташуванням робочого органа – робочого колеса. Привод - за допомогою електродвигуна потужністю 500 кВт із частотою обертання 720 хв^-1 через втулочно-пальцеву муфту. Термін служби димососів 20...30 років. Технічний стан - різний, змінюється від гарного (після ремонту) до аварійного.

Виміри віброшвидкості виконувалися в 4-х крапках на підшипникових вузлах валів димососа й двигуна, в 3-х взаємноперпендикулярних напрямках. Час контролю - більше року. Періодичність вимірів - щотижня. Усього виконано порядку 3000 вимірів.

Аналіз результатів вимірів наведений на рисунку 8.7, у вигляді гістограмми залежності: N_i = f(V_i), де N_i – кількість спостережень в i- му одиничному діапазоні; V_i – діапазон вимірюваних значень віброшвидкості. Для отриманих даних, визначений параметр розподілу щільності ймовірності, відповідно до розподілу Вейбулла:

,

з параметрами a = 9,33 мм/с; b = 1,49. Границя інтервалу V_cp + 2σ = 8,4 + 2·5,76 = 19,9 мм/с, де V_cp – середнє значення, σ – середньоквадратичне відхилення віброшвидкості для даного механізму. Це значення підтверджено розрахунками, які були виконані при моделюванні несправного стану. Віброшвидкість V_доп = 21,2 мм/с призводить до розриву суцільності маслянистої плівки.

Рисунок 8.7 - Гістограма залежності N_i = f(V_i) групи димососів ОЦ-32

Для визначення границь розпізнавання технічних станів була висловлена гіпотеза про відповідність зміни технічного стану характеру фізичних процесів, що протікають у механізмі. Наприклад, зміна характеру контакту поверхонь підшипника ковзання від рідинного до напіврідинного режиму змащення неминуче викличе зміна технічного стану. Граничні переходи повинні бути пов'язані з перекручуваннями безперервності функцій діагностичної міри відстані NV, NV² у вигляді східчастих мінімаксних переходів. Це пояснюється роботою механізму в зоні хиткої рівноваги при вібрації відповідним границям технічних станів. Дане припущення підтвердилося при аналізі гістограм графіків функцій N_iV_i = f(V_i), N_iV_i² = f(V_i), представлених на рисунку 8.8. Аналіз ступеня відхилення, фактично отриманих гістограм від теоретичної функції розподілу визначив співпадаючі на обох графіках значення граничних станів: 5,0 мм/с; 12,0 мм/с; 21,0 мм/с; 24,0 мм/с; 26,0 мм/с; 28,0 мм/с; 32,0 мм/с. Для практичного використання були прийняті наступні границі технічних станів: 0...5,0 мм/с - гарний; 5,0...12,0 мм/с - задовільний; 12,0...21,0 мм/с - незадовільний; понад 21,0 мм/с - аварійний. Більш високі значення границь 24,0 мм/с, 26,0 мм/с, 28,0 мм/с, 32,0 мм/с - визначають розрізнення станів в аварійному діапазоні роботи механізму, показують велике число можливих технічних станів несправного механізму.

Прийнятий розподіл границь припускає розташування границь технічного стану в діапазонах збільшення вібрації в 1,75...2,4 рази. Це зпівпадає з рекомендаціями стандартів, однак вказує на індивідуальні характеристики механізмів.

Також для розрізнення технічних станів може бути використаний метод моделювання несправних станів. При нормуванні вібрації редукторів металургійних машин необхідно враховувати наступні особливості: більші маси й габарити; малу масу обертових елементів, щодо маси корпуса; малу піддатливість корпуса редуктора.

а)

б)

Рисунок 8.8 - Гістограми функцій: а) N_iV_i = f(V_i); б) N_iV_i² = f(V_i)

 

Вібрації, що виникають у механізмі, передаються на корпус редуктора через підшипниковий вузол. Розглянемо опору вала, як частину корпуса редуктора металургійної машини. Елементи опорного вузла утворять механічну систему (рисунок 8.9). У систему входять: обертовий вал, що має зубчасті колеса і є джерело полігармонійної вібрації; підшипник кочення - елемент, що володіє пружними властивостями й передає вібраційні збурювання на корпус машини; опора (частина корпуса редуктора), призначена для фіксації положення вала, демпфірування механічних коливань.

Працездатність механізму найбільшою мірою визначається безвідмовною роботою підшипників кочення. Система призводиться до розрахункової двохмасової моделі із двома ступенями вільності (рисунок 8.10). У цій моделі вал у зборі масою m₁ навантажений періодичною силою P₀×sinwt, що виникає в результаті ушкоджень, дії технологічних і динамічних навантажень, і встановлений на підшипнику кочення із жорсткістю C₁ на опорі масою m₂ із жорсткістю C₂. Спрощуємо модель, зневажаючи демпфіруванням підшипника й опори: b₁ = b₂ = 0. Необхідно визначити механічні коливання опори y₂, які викликані силами, що обурюють, і які діють з кутовою швидкістю ω.

 

 

 

Рисунок 8.9 - Схема опорного вузла вала

 

 

Рисунок 8.10 - Математична модель опори редуктора

Використовуючи метод Лагранжа, одержуємо систему диференціальних рівнянь:

,

рішенням якої є:

.

Отримане рішення дозволяє визначити припустимі норми вібрації конкретної металургійної машини. Найбільш важливим етапом є визначення вихідних даних. Виконаємо розрахунок припустимих вібрацій для умов: маса вала m₁ = 100 кг; маса опори - m₂= 200 кг; кутова швидкість обертання вала w= 60 c^-1. Припустиме навантаження P₀ прийняте рівним динамічній вантажопідйомності C_дин підшипника 3232 P₀ = C_дин = 1220 кН. Жорсткість підшипника визначена виходячи із пружної деформації підшипника, розрахованої по формулі Р.Д. Бейзельмана й Б.В. Ципкіна і склала C₁ = 9,6×10¹² Н/м. Жорсткість опори різна у вертикальному (З_2в) і горизонтальному (З_2г) напрямках і визначалася виходячи з положень теорії пружності: З_2в = 9,3×10⁹ Н/м; З_2г = 5,6×10⁹ Н/м.

При цих умовах вібропереміщення опор становлять: y_2в= 132 мкм; y_2г = 218 мкм. З огляду на основний вплив першої гармоніки й переходячи від амплітудного до середньоквадратичного значення віброшвидкості, одержуємо:

Перевищення діагностичного параметра - середньоквадратичного значення віброшвидкості призводить до зміни технічного стану механізму, вимагаючи проведення позачергового технічного обслуговування або ремонту.

Технічний стан механічної системи визначається комплексом діагностичних параметрів. Вирішальні правила визначаються для кожного з діагностичних параметрів. Необхідність проведення ремонту обумовлюється найгіршим значенням діагностичного параметра з розглянутого комплексу.

 

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |

Поиск по сайту:

---