В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с icon

В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с




НазваВ. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с
Сторінка1/4
Дата12.07.2012
Розмір0.51 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3   4


Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет


ТЕХНІЧНА ДІАГНОСТИКА МАШИН


КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ


Суми

Видавництво СумДУ

2009

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет


ТЕХНІЧНА ДІАГНОСТИКА МАШИН


КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ


для студентів фахового спрямування

«Динаміка і міцність»

денної форми навчання


Затверджено

на засіданні кафедри

загальної механіки

та динаміки машин

як конспект лекцій

« ТЕХНІЧНА ДІАГНОСТИКА

МАШИН».

Протокол № 3 від 10.11.2009р.


Суми

Видавництво СумДУ

2009


ТЕХНІЧНА ДІАГНОСТИКА МАШИН : Конспект лекцій /Укладач

В.М.Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009.- 51 с.


Кафедра загальної механікі та динаміки машин


Зміст

C.

ВСТУП……..........…………………………………………….…………………5

1 ЗАВДАННЯ ТЕХНІЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ….………………………………8

1.1 Загальне поставлення завдання діагностування………….…………….…8

1.2 Завдання віброакустичної діагностики…………….…...…………………10

^ 2 МЕТОДОЛОГІЯ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ВІБРОАКУСТИЧНОЇ

ДІАГНОСТИКИ………………………………………………………………11

2.1 Структурна схема системи діагностування………………………………11

2.2 Машина як об'єкт діагностування……........………………………………13

2.2.1. Чинники, що впливають на віброакустичні

параметри машини у процесі її ункціонування……….....……….13 2.3 Діагностична модель машини......................................................................14

2.3.1. Математичне моделювання..............................................................15

2.3.2 Фізичне моделювання...........................................................................26

2.4 Форма представлення вібропроцесів, які використовуються у

вібродіагностиці.............................................................................................28

2.4.1. Звуковий діапазон частот...................................................................28

2.4.2 Ультразвуковий діапазон частот........................................................33

2.5 Вибір діагностичних ознак ........................................................................35

2.6. Розпізнавання поточного стану машини...................................................38

2.7. Прогнозування зміни технічного стану машин........................................43

2.7.1 Вибір аналітичної залежності, яка апроксимує

початкові дані......................................................................................49

Список літератури.........................................................................................51


ВСТУП


Матеріальний світ, який оточує людину, в значною мірою створений руками самої людини. У міру розвитку цивілізації рукотворна частина постійно збільшуватиметься, у тому числі і за рахунок появи різноманітних за конструкцією і призначенням машин і механізмів. Це супроводжується підвищенням робочих параметрів, навантажень, швидкостей, температур, тиску, зменшенням габаритів і маси, підвищенням вимог до точності функціонування і ефективності роботи (продуктивності, потужності, ККД). Те, що відбувається, є природним результатом науково - технічного прогресу, що допомагає людині в подальшому освоєнні і вивченні ії навколишнього середовища, поліпшує і робить комфортнішим ії життя.

Але при цьому є і "зворотний бік медалі" - експлуатація машин вимагає від людства все зростаючих витрат, значна частина яких припадає на ремонти, ліквідацію наслідків непередбачених зупинок, аварій і катастроф. Витрати навіть на планові ремонти і технічне обслуговування у декілька разів перевищують вартість нової машини, наприклад, для автомобілів - до 6 разів, для літаків - до 5 разів, для верстатів - до 8 разів і так далі [1].

Істотне недовикористання потенційних можливостей спостерігається у машин, до яких ставляться високі вимоги безвідмовності. Вони, як правило, знімаються з експлуатації набагато раніше терміну служби, що фактично мають у своєму розпорядженні. З особливо великими витратами пов'язан вихід з ладу унікальних машин (атомних і хімічних реакторів, могутніх турбін і насосів і тому подібне). Пов'язану з цим можливу загрозу життю і здоров'ю людей або навіть їх загибель не можна оцінити ніякими економічними показниками.

Вирішення даної проблеми полягає у підвищенні надійності машини, що характеризує здатність машини зберігати її якість протягом усього періоду експлуатації, і в постійному вдосконаленні методів і засобів контролю за якістю машини, що експлуатується, і прогнозуванням її подальшої зміни.

Вирішенням усіх питань, пов'язаних з контролем за якістю машини, яка експлуатується, або, кажучи іншими словами, контролем за її технічним станом, займається технічна діагностика. На відміну від теорії надійності, яка займається вивченням фізики відмов і використовує в розрахунках імовірнісні і середньостатистичні характеристики машини, діагностика ставить собі за мету визначити дійсний стан машини.

Широке застосування у промисловості методів та засобів технічної діагностики забезпечує перехід на якісно новий рівень експлуатації машини, що залежить від її фактичного технічного стану, а не від жорсткого графіка планово-запобіжних ремонтів (ПЗР). Графік ПЗР, що складається на основі середньостатистичних даних про величину міжремонтного періоду, не гарантує безаварійну роботу машини в міжремонтний період.

Використання діагностики дозволяє збільшити міжремонтний період, значно скоротити експлуатаційні витрати, зокрема, за рахунок зниження потреби в запасних частинах і зниження трудомісткості ремонтних робіт.

Вдалі технічні рішення зі створення систем діагностики дозволяють уникати вимушеного простою обладнання, збільшувати міжремонтний пробіг, наприклад, відцентрових машин з 8-12 тис. годин до 24-40 тис. годин, знижувати на 30% вартість їх ремонту і запобігати аваріям[2]. Витрати на впровадження систем діагностики насосного устаткування АЕС окупаються за 13 місяців[3].

Економічна ефективність від впровадження діагностики визначається таким: зниженням вірогідності аварій, ліквідацією зайвих ремонтів, що порушують припрацування вузлів машини, і збільшують за рахунок цього знос машини, зменшення кількості і тривалості простоїв, зниження вартості техобслуговування і ремонту.

Досвід використання діагностики, наприклад, турбоагрегату гідроелектростанції, показав, що вона виявилася рентабельною навіть у тому випадку, коли за весь час експлуатації машини (близько 40 років) дозволила уникнути лише однієї аварії, пов'язаної з пошкодженням підшипникового вузла [1].

Згідно за статистикою [1] середня вірогідність виникнення під час експлуатації пошкодження, наприклад, парової турбіни, дуже висока.

Відносна частота її пошкодження за 10 років становить :

• для підшипників 21%;

• для ротора 15%;

• для ущільнення валу 13%;

• для ущільновальних пристроїв 5%.

За допомогою пристроїв діагностики вдається без попереднього розбирання виявити 36% пошкоджень роторів і 35% пошкоджень підшипників.

Таким чином, розроблення систем діагностики і впровадження їх у промисловість - дуже актуальне і нагальне завдання.

Серед численних методів технічної діагностики особливе місце належить методам віброакустичної діагностики, орієнтованим на використання діагностичної інформації, що міститься в коливальних процесах, що супроводжують роботу машини.

Використання параметрів вібрації машини для оцінки її технічного стану грунтується на тому фундаментальному правилі, що призначення машини полягає у перетворенні з мінімальними втратами, у тому числі і на звуковиникненне, одного виду енергії в інший або одного виду руху в інший. Тому збільшення паразитних вібрацій розглядається як ознака відхилення технічного стану машини від норми і, отже, є підставою для пошуку причин зміни віброактивності.

Вібродіагностика є одночасно і стародавньою, і новою галуззю інженерних знань, що переживає в даний час у зв'язку з появою обчислювальної і мікропроцесорної техніки період бурхливого розвитку. Це дозволяє істотно ускладнювати завдання, що вирішується з її допомогою.

Проблемі вібродіагностики присвячено безліч публікацій (монографій, статей, матеріалів конференцій, дисертацій), викладення матеріалу в яких має розрізнений не систематизований характер, що не дозволяє використовувати будь - яку з них як підручник. Даний курс лекцій спрямований заповнити цей пропуск.

Лекції складаються з двох розділів, в першому з яких сформульовані завдання діагностики і можливості щодо їх рішення, які є у вібродіагностиці. У другому розділі розглядається методологія побудови систем вібродіагностики відцентрових насосів - характерних представників поширеного класу роторних машин.


^ 1 ЗАВДАННЯ ТЕХНІЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ


1.1 Загальне поставлення завдання діагностування


Діагностика (грец. Diagnostikos) - означає здатний розпізнавати.

^ Технічна діагностика - галузь науково - технічних знань, яка є розділом науки про вимірювання і займається розробленням теорії, методів і засобів виявлення дефектів об'єктів технічної природи.

Виявлення і пошук дефектів є процесом визначення технічного стану машини і об'єднується загальним терміном "діагностування".

Завданнями технічного діагностування є перевірка справності, працездатності і правильності функціонування машини, а також пошук і прогнозування розвитку дефектів, що перешкоджають або знижують ефективність виконання машиною її функцій.

Діагностика необхідна на всіх етапах життєвого циклу машини: при проектуванні і доведенні дослідного зразка, при виробництві серійної продукції, у періоди експлуатації і ремонту. Методи і засоби діагностування, що застосовуються на кожному з етапів, можуть відрізнятися один від одного і деколи істото. Це пояснюється відмінністю виду дефектів, їх природою і необхідною глибиною діагностування.

Найбільший економічний ефект від використання методів діагностики досягається на етапі експлуатації за рахунок усунення непотрібних ремонтів, що виконуються згідно у графіками ПЗР, і пов'язаних з цим необгрунтованих простоїв, виключення раптових аварійних зупинок обладнання, скорочення у зв'язку з цим термінів, вартості і обсягу ремонтів, економії запчастин і паливомастильних матеріалів, підвищення якості функціонування машини і усього пов'язаного з нею виробництва за рахунок відсутності порушення ритмічності його роботи. Необгрунтовані ремонти порушують приприпацювання вузлів і деталей і тим самим прискорюють їх знос, вносять нові непередбачені дефекти у вигляді перекосів осей, підвищених або занижених зазорів, забруднень та інших технологічних дефектів, що скорочують термін служби машини і вимагають нових ремонтних робіт, утворюючи таким чином замкнене коло.

Розірвати це коло, саме і покликана діагностика. Розробленне ефективних методів діагностики є важким завданням, оскільки при вивченні поведінки машини у період її експлуатації доводиться стикатися з достатньо складними і різноманітними за своєю фізичною природою процесами, що є результатом взаємодії елементів машини як між собою, так і з навколишнім її середовищем.

При цьому розрізняють три основні джерела дій [1]:

•дія енергії навколишнього середовища, включаючи і людину –оператора або ремонтника;

•внутрішні джерела енергії, пов'язані як з робочими процесами,

що проходять у машині, так і з роботою окремих елементів

машини;

•потенціальна енергія, накопичена в матеріалі і деталях машини

у процесі її виготовлення (внутрішня напруга у відлмвки,

монтажна напруга і так далі).

При роботі машини виникають і взаємодіють складним чином такі види енергії, що впливають на її працездатність 1]: механічна, теплова, хімічна, ядерна, електромагнітна і тому подібне.

Різні види енергії,що діють на машину, викликають в її вузлах і деталях процеси, що мають складну физико-хімічну природу і що приводять до деформації, зносу, зламу, корозії та інших видів пошкоджень. Це, у свою чергу, веде до зміни вихідних параметрів машини і, як наслідок, до відмови, тобто до неможливості виконання машиною заданих нею функцій.

Параметри за своєю фізичною природою поділяють, наприклад, на такі групи:

•кінематичні (час, швидкість, прискорення, період, частота періодичного процесу, градієнт швидкості і тому подібне);

•статичні і динамічні (маса, сила, імпульс сили, енергія, потужність, коефіцієнт опору, коефіцієнт пружності, демпфування, добротність і тому подібне);

•теплові (температура, кількість теплоти, температурний градієнт, тепловий потік і тому подібне);

•акустичні (звуковий тиск, об'ємна швидкість, звукова енергія, інтенсивність звуку і тому подібне);

і так далі налічується до 200 фізичних величин.

Вимірювання фізичних параметрів покладене в основу різних методів і способів технічного діагностування. При цьому найчастіше використовують такі види вимірювань: електрометрія, віброакустика, дефектоскопія, інтроскопія, вимірювання механічних властивостей, складу речовини, розміру, сил, деформацій, тиску, температури, часу, маси, вологості, витрати і рівня. Для цього використовують широку номенклатуру випробувальної техніки, приладів і апаратури.

Основне місце в технічній діагностиці займають методи і способи безрозбірної діагностики. При цьому можна вказати безліч фізичних параметрів, що характеризують технічний стан машини, що, у свою чергу, вимагає різноманітного набору методів і способів діагностування. Дана обставина вимагала пошуку уніфікованих параметрів і відповідних їм методів і способів діагностування.

Як показав досвід, даним вимогам здебільшого відповідає віброакустична діагностика.


1.2. Завдання віброакустичної діагностики


Віброакустична діагностика (вібродіагностика) визначає технічний стан машини за наслідками аналізу її паразитних вібрацій.

Термін „вібродіагностика” слід розуміти не буквально, а як найменування наукового напряму технічної діагностики, для якого джерелом інформації про стан машини є загальне поняття, - вібропараметр, що включає інформацію про всі коливальні і періодичні процеси, що виникають при функціонуванні машини. Ця інформація може містити дані про відносні і абсолютні рухи вузлів і деталей, про пульсацію швидкостей і тиску в робочих середовищах, про поля силових дій і акустичну емісію у вузлах тертя і т.п. У зв'язку з цим частотний діапазон віброакустичних параметрів тягнеться від часток 1Гц до сотень кілоГерц.

Практично всі види дефектів змінюють характеристики вібропараметрів, що робить їх незамінними при використанні в цілях діагностування.

Широкий частотний і динамічний діапазони, мала інерційність, велика швидкість поширення обумовлюють швидку реакцію віброакустичного сигналу на зміну стану машини. Важлива також достатня простота перетворення віброакустичного сигналу в електричний і можливість подальшої його обробки за допомогою сучасної мікропроцесорної техніки. Істотну допомогу при цьому надають експертні системи - одне з відгалужень систем штучного інтелекту. Розглянемо методологію побудови систем вібродіагностики.


^ 2 МЕТОДОЛОГІЯ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ВІБРОАКУСТИЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ


Вібродіагностика є міждисциплінарною галуззю знань, наукові основи якої розробляються на базі загальної теорії технічної діагностики, яка є частиною більш загальної теорії вимірювань, теорії інформації, теорії сигналів, математичної статистики, розпізнавання образів, теорії коливань, електроніки, обчислювальної техніки та ін.

Розглянемо загальні принципи побудови діагностичних систем.


2.1 Структурна схема системи діагностування


Здійснення процесу діагностування у загальному випадку припускає обов'язкову наявність:

•об'єкта діагностування;

•технічних засобів діагностування;

•людини-оператора.

При цьому для забезпечення оператора відповідною діагностичною інформацією необхідна певна організація взаємодії об'єкта і засобів діагностування, що у результаті утворює систему діагностування.

Структурну схему системи діагностування стосовно вібродіагностики можна подати у вигляді, зображеному на

рис. 2.1.



Рисунок 2.1 - Структурна схема діагностування.


Згідно з даною схемою така система включає наступні взаємодіючі між собою складові частини, що реалізують певні операції у процесі діагностування:

•об'єкт діагностування, що змінює свій технічний стан;

•підсистему формування діагностичної моделі, що забезпечує

взаємозв'язок між технічним станом і вібрацією;

•підсистему вимірювання, що поставляє початкову для аналізу інформацію, що міститься у вібраційному сигналі;

•підсистему формування діагностичних ознак, що перетворює

отриману при вимірюваннях інформацію у форму, зручну для

розпізнавання поточного технічного стану;

•підсистему формування еталонів, що встановлює відповідність між фіксованим технічним станом і набором діагностичних ознак;

•підсистему вирішальних правил, що містить правила, згідно з яким здійснюється розпізнавання технічного стану;

•підсистему розпізнавання поточного стану, в якій на підставі

вирішальних правил ставиться діагноз технічного стану;

•підсистему прогнозування, де на основі аналізу трендових

характеристик параметрів технічного стану визначається

залишковий ресурс.

Розглянемо докладніше кожну із названих вище підсистем.

2.2 Машина як об'єкт діагностування


2.2.1 Чинники, що впливають на віброакустичні

параметри машини в процесі її функціонування


Машина є комплексом взаємозв'язаних елементів, що взаємодіють не тільки між собою, але і з навколишнім середовищем. Відмова одного з елементів спричиняє за собою порушення працездатності всієї машини. Наявність складних функціональних і акустичних зв'язків між елементами машини, велика кількість структурних і регулювальних параметрів, високий рівень віброактивності, що закладаються ще на етапі проектування, посилювані при виготовленні і в процесі експлуатації, істотно затрудняють розроблення і формалізацію процедури діагностики.

Відносне переміщення великої кількості взаємодіючих елементів породжує в машині динамічні процеси, збуджує пружні коливання як машини в цілому, так і окремих її вузлів і деталей.

Конкретною причиною динамічних процесів є, наприклад, неврівноважені деталі, що обертаються і коливаються, циклічна зміна жорсткості при обертанні або іншому стаціонарному робочому русі, геометрична недосконалість контактуючих деталей, що сполучаються, і так далі.

При збудженні коливань одночасно всіма кінематичними парами машини утворюється єдине хвильове поле, і завдання діагностики полягає в поділі сумарного процесу на складові так, щоб можна було оцінити внесок в технічний стан кожної кінематичної пари (вузла механізму).

На рис. 2.2. наведені діапазони частот, в яких найчастіше згідно зі статистикою наголошується зміна рівня вібрації роторних машин при виникненні їх типових дефектів. По осі абсцис на рисунку відкладена в децибелах середньостатистична величина зміни рівня вібрації, що реєструється при появі і подальшому розвитку дефекту.



Рисунок 2.2 - Діапазони частот і найбільш вірогідний ступінь зміни рівня вібрацій при рядові типових дефектів машин:

1 - дисбаланс ротора; 2 - неспіввісність валів;

3 - хвилястість доріжок підшипника; 4 - руйнування підшипників;

5 - порушення мастила підшипників, кавітація


Для встановлення відповідності законів розвитку несправностей і їх прояву у вібраціях машини з метою їх успішної діагностики необхідне розуміння фізичної суті зв'язку між робочими процесами, що проходять у машині, і деградацією її технічного стану.

Розв’язання подібної задачі здійснюється за рахунок побудови діагностичної моделі машини.


2.3. Діагностична модель машини.


Модель, моделювання є фундаментальними поняттями, якими оперує дослідник у процесі вивчення дійсності, що його оточує.

У найбільш загальному вигляді під моделлю розуміється спрощений тією чи іншою мірою розгляд явища, що нас цікавить, спрямований на виявлення його грунтовних закономірностей.

Моделюванням відповідно називається процедура розроблення моделі явища і подальшого вивчення з її допомогою особливостей цього явища.

Залежно від виду використовуваної моделі моделювання ділиться на математичне, фізичне і змішане.

Моделювання в діагностиці дозволяє:

•сформувати умови працездатності, тобто умови поділу безлічі станів М, в яких перебуває машина протягом свого життєвого циклу, принаймі, на дві підмножини: працездатне М1 і непрацездатне М2;

•отримати критерії для оцінки ступеня працездатності машини (тобто розрізняти зони М1i в підмножині М1);

•встановити ознаки несправностей (тобто розрізняти зони М2j в підмножині М2);

•встановити відповідність між параметрами, що визначають працездатність М (простором станів) і діагностичними ознаками D (простором діагностичних ознак).

Розглянемо докладніше, як вирішується це завдання при використанні вказаних вище моделей.


^ 2.3.1 Математичне моделювання


При математичному моделюванні машину умовно розглядають як якийсь перетворювач А параметрів її технічного стану хi (величини зазорів, натягу, перекіс осей і тому подібне) в параметри вібрації уi (рівень і спектральний склад виброзсуву, віброшвидкості, віброприскорення і тому подібне), що виникає при її функціонуванні:

(2.1)

де {Y}=(у1, у2...yn) – вектор діагностичних ознак розмірністю n складений з параметрів вібрації уі, які використовуються при діагностуванні і названі тому діагностичними ознаками;

{Х}=(х1, х2...хn) – вектор структурних параметрів, розмірність якого n визначається кількістю параметрів технічного стану х
  1   2   3   4

Схожі:

В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconВ. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с
Діагностична модель машини
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconМ. М. Укладач Коротун Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 19 с. Кафедра «Технологія машинобудування, верстати та інструменти»
Програми виробничої та переддипломної практик для студентів спеціальностей 090203, 090203, 090203 «Металорізальні верстати та системи»...
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconКонспект лекцій Суми Видавництво Сумду 2009 Міністерство освіти І науки України Сумський державний університет
Організація баз даних та знань: Конспект лекцій/ Укладач А. В. Неня.– Суми: Вид-во СумДУ, 2009.– 199 с
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconКонспект лекцій Суми Видавництво Сумду 2009
Внутрішній економічний механізм підприємства: Конспект лекцій/ Укладач І. В. Новикова. – Суми: Вид-во СумДУ, 2009. – 185с
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconКонспект лекцій Суми Видавництво Сумду 2009
Психологія творчості : Конспект лекцій / Укладач О. А. Кривопишина.– Суми: Вид-во СумДУ, 2009.– 81 с
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconКонспект лекцій Суми Видавництво Сумду 2009
Психологія творчості : Конспект лекцій / Укладач О. А. Кривопишина.– Суми: Вид-во СумДУ, 2009.– 81 с
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconСуми, 19 листопада 2009 року Суми «Видавництво СумДУ» 2009 р. Післядипломна підготовка фахівців в медичному інтитуті сумДУ
Маркевич В. Е., д мед н., проф., Січненко П.І., к мед н.,доц. Мелеховець О. К., к мед н., доц., Ситнік О. Л., к мед н., доц
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconНавчальний посібник для студентів медичних інститутів Суми Видавництво Сумду 2009 зміст
Орган смаку” С. 72
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconНавчальний посібник для студентів медичних інститутів Суми Видавництво Сумду 2009 зміст
Орган смаку” С. 72
В. М. Нагорний-Суми: Видавництво СумДУ, 2009. 51 с iconКонспект лекцій Суми Видавництво Сумду 2009 Психологія журналістської творчості: Конспект лекцій /Укладач О. А. Кривопишина. Суми: Вид-во СумДУ, 2009. 131 с
Психологія журналістської творчості: Конспект лекцій /Укладач О. А. Кривопишина. – Суми: Вид-во СумДУ, 2009.– 131 с
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи