Исследование эффективности современных методов и средств диагностики технического состояния узлов металлорежущих станков

УДК 621.941

М. И. Тимошин, магистрант,

С. Ф. Золотых, канд. техн. наук, доц.,

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Рассмотрены методы и средства диагностики технического оборудования и возможности их применения к диагностике металлорежущих станков.

Ключевые слова: металлорежущие станки, динамическое качество, диагностика технического состояния, виброконтролъ.

Для обеспечения безопасной эксплуатации ныне действующего оборудования все с большей остротой встает вопрос его технического диагностирования с целью определения остаточного ресурса. При эффективном диагностировании технического состояния металлорежущих станков (МРС) и своевременном принятии профилактических мер, затраты на технический осмотр и ремонт могут быть уменьшены на 20-25 %.

Бесперебойное и безотказное эксплуатирование станков обеспечивается качеством их технического состояния. Одним из важнейших показателей качественного состояния станка является динамическая характеристика его систем.

Проблема обеспечения заданного динамического качества является далекой от решения, что объясняется, прежде всего, ее сложностью и недостаточной изученностью. Эффективными способами обеспечения качества работы станочного оборудования являются оптимизация динамических параметров на этапе синтеза, или проектирования, применение вибро-защитных систем и конструкций на этапе эксплуатации, диагностика и мониторинг технического состояния станков.

В связи с данной проблемой были рассмотрены и проанализированы методы диагностирования технического оборудования, которые нашли широкое применение в современной промышленности.

1. Органолептические методы используются для предварительной оценки технического состояния машины. В неисправной машине появляются дополнительные шумы, стуки, повышение температуры, по которым судят о характере дефекта.

2. Применение технических стетоскопов, функционирующих в звуковом диапазоне частот, позволяет локализовать дефектный узел машины с повышенными стуками и шумами.

3. Для количественной оценки технического состояния различных систем необходимо применение инструментальных методов диагностирования. В настоящее время определен комплекс параметров, которые характеризуют техническое состояние основных узлов и систем оборудования.

В качестве диагностических признаков используются параметры давления и температуры, производительность технической системы, температура охлаждающей системы в различных узлах, ее расход, ток, потребляемый электродвигателем из сети и тому подобное. Результаты этих измерений представляются на регистрирующих устройствах центрального пульта управления цеха или на ЭВМ. В дополнение к этим параметрам могут измеряться температура подшипников, давление масла, уровень вибрации.

4. Методом диагностирования состояния трущихся деталей является анализ продуктов износа в смазочном масле (трибодиагностика). Среди всего многообразия способов определения концентрации продуктов изнашивания в отработанном масле наибольшее распространение получили спектральные методы, характеризующиеся высокой точностью и чувствительностью [1, 2, 3]. Посредством анализа проб масла определяют концентрацию в нем того или иного составляющего элемента материала трибосопря-жения, по величине которой оценивают осредненный износ соответствующей детали. Недостатком метода является определение суммарного износа деталей, изготовленных из одних и тех же конструкционных материалов.

5. Для контроля деградационных процессов деталей машин и элементов конструкций оборудования нашел распространение метод поверхностной активации (МПА). Он основан на измерении интенсивности излучения радионуклидной метки, установленной на контролируемом участке поверхности объекта. В результате уноса радиоактивного вещества смазочным маслом в машине или транспортируемой средой в трубопроводе, ее излучение уменьшается. По градуировочным кривым это изменение переводят в величину износа. Этот метод применяется при определении износа цилиндров, подшипников двигателей, компрессоров, коррозии трубопроводов и другого технического оборудования.

6. Практический опыт показал, что для контроля технического состояния узлов машинного оборудования вибрационный метод является одним из наиболее информативных. Он основан на использовании информации, содержащейся в колебательных процессах. При этом любой дефект какого-либо узла, который подвергается механическому воздействию со стороны движущихся частей, характеризуется индивидуальным "вибрационным портретом". В связи с тем, что вибродиагностический метод нашел наиболее широкое распространение во всех отраслях промышленности.

Существенную помощь при диагностировании и хорошим дополнением к экспериментальным методам оценки технического состояния машинного оборудования может служить компьютерное моделирование динамики и изнашивания узлов, позволяющее связать воедино изменение функциональных и динамических параметров машины с износом отдельных ее элементов и прогнозировать эти процессы на время будущей эксплуатации. Для мониторинга состояния машинного оборудования в режиме offline широко используются портативные сборщики-виброанализаторы. Они выпускаются такими отечественными фирмами, как ДАО "Оргэнергогаз"

ИТЦ "Оргтехдиагностика", НТЦ "ВиКонт" ЭАЦ "ВНИИГаз", "Диамех", НТЦ "Приз", "ИНКОТЕС", "ТСТ", "ВАСТ", "Вибро-Центр", зарубежными "Bmel&Kjaer" (Дания), "Larson-Davis" (США), "Predict-DLI" (США), "ENTEK" (США), "IRD Mechanalisys" (Германия) и другими.

Для станков с ЧПУ можно применить метод безразборной диагностики. Метод оценки согласованности работы приводов основан на диагностике при помощи электронно-механического прибора точностью 0,1 мкм и программы по расшифровки полученных данных. В процессии испытания проводится контроль круговой траектории, выполняемой согласованными действиями приводов станка. Метод позволяет определить неисправности станка по 17 параметрам. Среди них люфты по каждой координате, боковые люфты, рассогласование скорости приводов, неперпендикулярность осей, непараллельность по каждой оси. Результаты диагностики формируются в виде отчета, включающего графики, таблицы расшифровки и анализа неисправностей и рекомендации по их устранению. Время проведения испытаний, обработки информации и выдачи рекомендаций 2-3 часа.

Метод вибрационной диагностики (для всех типов станков). Диагностика производится при помощи датчика съема показаний вибрации (акселерометра), накопителя-преобразователя сигнала (виброанализатора) и программы расшифровки полученных данных. В процессе испытания производится съем виброакустических сигналов с определенных точек станка, преобразование и трансляция их в программу для расшифровки данных. Точки для съема диагностического сигнала выбираются как можно ближе к точкам возникновения колебательных сил и местам их передачи на неподвижные узлы диагностируемых машин (наиболее подверженных вибрации частей станка). Метод позволяет определить 23 параметра механического износа и неисправностей узлов и деталей станка. Определяются дефекты каждого подшипника, в том числе износ наружного или внутреннего кольца, перекос наружного кольца, износ шариков или роликов, биение или перекос валов и шпинделей, износ каждой шестерни, погрешность зацепления каждой передачи, износ деталей шарико-винтовой пары: гаек, винта, шариков, перекос винта ШВП. Время подготовки и написания рабочей программы 1 день. Время для проведения диагностики одного станка и выдача рекомендаций 2-3 часа.

Отметим преимущества внедрения методов безразборной диагностики для повышения эффективности производства на предприятиях оборонно-промышленного комплекса (ОПК).

Внедрение безразборных методов диагностики позволяет:

А. В период эксплуатации и технического обслуживания оборудо-

вания:

Проводить экспресс-анализ технического состояния станка.

Определять и при необходимости повышать технологическую точность станка.

Определять дефекты, в том числе скрытые, и устранять их на этапе возникновения.

Прогнозировать износ узлов и деталей станка.

Планировать сроки проведения ремонта, заказ комплектующих и запчастей для ремонта.

Б. При проведения ремонтных работ:

Планировать объем ремонтных работ.

Повысить качество ремонта.

Снизить стоимость ремонта в 1,5-2 раза.

Сократить сроки выполнения ремонтных работ в 1,5 раза.

Контролировать качество ремонта, выполненного сторонними организациями.

В. При закупке оборудования:

Планировать закупку нового оборудования.

Осуществлять входной контроль поставляемого оборудования для определения его соответствия заявленным техническим характеристикам.

Контролировать техническое состояние оборудования перед завершением срока действия гарантии.

Г. При проведении организационно-технических мероприятий:

Осуществить внедрение на предприятии системы обслуживания и ремонта станков по их фактическому техническому состоянию (взамен ППР).

Проводить аттестацию оборудования.

Проведенный анализ позволяет заключить, что при соответствующем подходе и выводах можно использовать результаты данных методик к разработке эффективных средств для диагностики технического состояния узлов МРС.

Список литературы

1. Ястребова Н. А. и другие. Техническая диагностика и ремонт компрессоров. М.: ЦНИИТЭхимнефтемаш, 1991. Ч.2.60с.

2. Максименко С. В., Поляков Г. Н., Труфанов А. Н. Методы и средства технической диагностики оборудования компрессорной станции. Обзорная информ. Серия "Транспорт и подземное хранение газа". М.: ВНИИЭгазпром, 1990.66с.

3. Матвеевский Б. Р. Приборное обеспечение для трибодиагностики узлов трения в процессе эксплуатации / Сб. трудов Первой международной конф. "Энергодиагностика" (Москва, сентябрь 1995г.) Т.3: Трибология. М.: ИРЦ "Газпром", 1995.С.344346.

M. Timoshin, S. Zolotyh

RESEARCH OF EFFICIENCY OF MODERN METHODS AND DIAGNOSTIC AIDS OF THE TECHNICAL CONDITION OF KNOTS OF METAL-CUTTING MACHINE TOOLS

Methods and diagnostic aids of the technical equipment and possibility of their application to diagnostics of metal-cutting machine tools are considered.

Key words: metal-cutting machine tools, dynamic quality, diagnostics of a technical condition.

Получено 12.11.10