Система диагностирования, диагностические признаки и методы диагностирования

Развитие средств и методов технической диагностики применительно к условиям работы горношахтного оборудования является важным фактором дальнейшего совершенствования процесса эксплуатации оборудования, обеспечивающего ее безопасность и возможность предупреждения аварийных режимов работы и внезапных отказов.

Диагностирование должно являться составной частью технического обслуживания и ремонта оборудования и должно обеспечивать его проведение по фактическому техническому состоянию при решении следующих основных задач: определение вида технического состояния оборудования; поиск места дефекта; определение причин появления дефектов и выдача рекомендаций по их устранению; прогнозирование технического состояния оборудования; контроль правильности действия эксплуатационного персонала по эксплуатации оборудования; накопление статистического материала для совершенствования технологии изготовления и режимов эксплуатации вновь создаваемых машин.

Наиболее эффективными методами диагностирования являются виброакустический, пневмогидравлический, кинематический и электромагнитный (рис.47). Диагностические признаки, определяющие техническое состояние, вызываемые различного рода дефектами, следует оценивать по следующим состояниям: структурному (геометрия, взаимосвязь деталей, состояние материала деталей); функциональному (эксплуатационные показатели и характеристики рабочего процесса и процесса регулирования); вибрационному (совокупность колебательных процессов).

Значительное число дефектов (до 60%) составляют прочностные дефекты, что объясняется сложностью и недостаточным совершенством динамических расчетов, а также упрощенными представлениями о физике колебательных процессов и вызываемых ими напряжениях.

Значительную роль в обнаружении подобных дефектов играет виброакустическая диагностика, так как возникающие при работе машины вибрации достаточно полно отражают относительное состояние детали или узла, позволяют судить о возникающих динамических нагрузках, а также обнаруживать причины дефектов и прогнозировать техническое состояние (ТС) исследуемых элементов.

Широкий диапазон условий и режимов эксплуатации горных машин, значительная вариация начального уровня качества как новых машин, так и полученных из капитального ремонта приводят к значительному, разбросу скорости потери работоспособности машины и достижения предельного состояния.

Значение момента и характера изменения состояния, а также причины, вызвавшей данное изменение, позволяет предупредить отказ, принять правильное решение и провести профилактический ремонт. Знание же действительного технического состояния и режима работы позволяет использовать технику наиболее эффективно. Для его определения необходимо, во-первых, установить, какие параметры и каким способом следует определить и, во-вторых, какими средствами необходимо провести данное исследование.

Таким образом, система диагностирования включает методы и средства определения действительного состояния объекта, т.е. является системой контроля и одновременно основным задающим звеном процесса управления состоянием объекта. Средства и методы контроля должны быть удобны в эксплуатации, обеспечивать осуществление контроля в минимальное время, проводить его без разборки машины и желательно без нарушения ее работы. Сами же объекты эксплуатации должны быть приспособлены для диагностического контроля, иметь встроенные датчики и приборы (мощности, давления, напряжения сети, температуры, вибрации, усилий, расхода воздуха и др.) или возможность периодически подключаться к контролирующим устройствам.

Разработка системы диагностирования объекта включает ряд этапов (рис.48).

Рис.48 Этапы разработки системы диагностирования

На первом этапе определяются условия работоспособности, т.е. предельно допустимое состояние объекта при количественных и качественных изменениях параметров отдельных элементов объекта. Этот этап неразрывно связан со вторым - выбором критериев оценки степени работоспособности, а именно контролируемых параметров и допустимого диапазона их изменений. К ним относятся: допустимое снижение тягового усилия, начального распора секций крепи, загрязнение смазки, температура корпуса редуктора, давление в гидросистеме, виброскорости отдельных точек и др.

В общем техническое состояние объекта можно определить, контролируя либо его параметры и характеристики, либо оценивая качество выполняемых им функций. При этом параметр определяется как физическая или математическая величина, характери-зующая состояние элемента или объекта, а характеристика представляет собой зависимость одного параметра от другого или от времени.

Кинематические, геометрические, статические и динамические, механические и молекулярные, тепловые, акустические, электрические и магнитные параметры представлены на таблице 44.

Процесс определения действительного состояния объекта должен осуществляться по обоснованной программе и разработанным алгоритмам диагностирования.

Алгоритмы диагностирования разрабатываются на основе диагностических моделей, которые представляют собой аналитические описания или графоаналитические представления основных свойств технических объектов как объектов диагностирования, выраженные в виде математических и физических законов, процессов, логических соотношений, диаграмм записываемых сигналов. Диагностическая модель предусматривает формулировку условий работоспособности и неработоспособного состояния, наличие критериев оценки степени работоспособности и установление признаков и причин возникших неисправностей.

На основе диагностической модели разрабатываются алгоритмы диагностирования, представляющие совокупность операций, выполняемых в определенной последовательности с целью решения конкретной диагностической задачи. Получаемые в результате измерений (записей) средствами диагностики диагностические сигналы (признаки, параметры) могут быть разбиты на три группы: повреждения, выходные параметры, косвенные признаки, которым потери соответствуют три метода диагностирования.

1. Контроль повреждений, которые приводят или могут привести к отказу элемента или объекта в целом: деформация, износ, коррозия, усталостные напряжения, изменения физико-химических свойств и другие являются диагностическими признаками, по которым можно сделать вывод о техническом состоянии.

Повреждения чаще всего являются первопричиной отказа, но контролировать их в полном объеме очень трудно. Поэтому диагностирование повреждений проводят лишь при установлении снижения работоспособности машины. Однако имеются объекты, требующие непрерывного контроля повреждений по правилам безопасности (силовые кабели) или регулярного контроля (канаты подъемных машин), а также элементы, определяющие работоспособность машин или системы в целом (гидромагистрали механизированных комплексов и др.).

2. Контроль выходных параметров (мощность, скорость, усилие, крутящий момент). Эти параметры дают ответ о работоспособности объекта, но, как правило, не определяют место и вида повреждения. Поэтому при их отклонении от нормы или приближений к границе допустимого изменения приступают к контролю повреждения.

3. Контроль косвенных признаков (состояние смазки, температура элемента, давление в системе, вибрация, уровень шума, АЧХ, входное напряжение сети и др.). Контроль работоспособности изделия по косвенным признакам позволяет дать интегральную характеристику состояния объекта, предупредить развитие повреждения и своевременно произвести профилактические работы.

Преимуществом контроля косвенных признаков является его проведение в процессе работы без остановки и разборки машины, но часто отыскание связи между косвенным признаком и выходным параметром затрудняется из-за воздействия посторонних факторов, накладывающихся на косвенный признак.

Завершающим этапом системы диагностирования является поиск и устранение повреждений, ведущих к снижению работоспособности объекта.

Таблица 44 Параметры диагностирования (физические)

Группа параметров	Параметры
Кинематические	Время, скорость ускорение, угловая скорость, угловое ускорение, период, частота периодического процесса, фаза, объемный расход, плотность обьемного расхода, градиент скорости
Геометрические	Длина, площадь, плоский угол, телесный угол кривизны линии, кривизна поверхности, момент сопротивления плоской фигуры, осевой и полярный момент инерции площади плоской фигуры.
Статические и динамические	Масса, сила, импульс силы, количество движения, давление, градиент давления, работа, энергия, объемная плотность, энергия, мощность, коэффициент трения, коэффициент сопротивления, коэффициент упругости, момент силы, момент инерции, расход, молекулярная скорость потока, затухание.
Механические и молекулярные	Плотность, удельный объем, удельный вес, количество вещества, относительная молекулярная масса, молярная масса, молярный объем, коэффициент продольного растяжения, модуль продольной упругости, коэффициент всестороннего сжатия, твердость, ударная вязкость, динамическая вязкость, текучесть, кинематическая вязкость, коэффициент поверхностного натяжения, концентрация, коэффициент диффузии, функция распределения
Тепловые	Температура, количество теплоты, температурный градиент, тепловой поток, поверхностная плотность теплового потока, энтропия, теплоемкость (объемная и удельная), теплота фазового превращения, теплота сгорания топлива, коэффициент теплопроводности, коэффициент теплопередачи, коэффициент температуропроводности, температурные коэффициенты
Акустические	Звуковое давление, объемная скорость, звуковая энергия, плотность звуковой энергии, интенсивность звука, акустическое сопротивление, удельное акустическое сопротивление, механическое сопротивление, интенсивность звука, высота звука, тембр звука, громкость звука, акустический коэффициент отражения, акустический коэффициент поглощения, акустическая проницаемость перегородки, время реверберации
Электрические и магнитные	Электрический заряд, поверхностная плотность заряда, напряженность электрического поля, электрическое смещение, поток электрического смещения, потенциал, электрический момент диполя, емкость, поляризованность, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая восприимчивость, сила тока, плотность тока, электрическое сопротивление, электрическая проводимость, удельное электрическое сопротивление, удельная проводимость, магнитная индукция, магнитный поток, напряженность магнитного поля, магнитный момент, магнитодвижущая сила, магнитное сопротивление, индуктивность, взаимная индуктивность, намагниченность, магнитная проницаемость