Износ деталей и узлов механизмов и машин

1.3 Методы диагностики отказов и обнаружения дефектов в деталях

Задача диагноза заключается в определении состояния машины в условиях эксплуатации или при заводском контроле готовой продукции. Результаты диагноза служат основанием для принятия решения о дальнейшем использовании машины, а также о характере предстоящего ремонта или технического обслуживания.

Диагностика является косвенным методом измерения некоторых параметров, характеризующих техническое состояние машины. Элементы машины, свойства которых подлежат определению, обычно недоступны для непосредственного наблюдения и измерения, поэтому приходится измерять не их параметры, а параметры процессов, порождаемых работающей машиной и доступных для измерения.

Диагностика как метод измерения должна удовлетворять двум обязательным требованиям: повторяемости и однозначности.

Повторяемость заключается в том, чтобы диагностический процесс можно было повторять произвольное число раз, т.е. чтобы он обладал свойством стандартности (например, повторяемость работы пульсатора отсадочной машины).

Однозначность относится к объективности диагноза и состоит в том, чтобы повторяемые диагностические обследования механизмов, находящиеся в одном и том же состоянии, приводили к одинаковым результатам.

Системы диагностики применяются для контроля готовых изделий на заводах-изготовителях и для оценки технического состояния машин в условиях эксплуатации.

В первом случае обнаруживается брак в выпускаемой продукции, во втором – устанавливается потребность механизмов в ремонте и оценивается их остаточный ресурс.

Системы диагностики различаются уровнем получаемой информации о механизме.

В зависимости от решаемой задачи выделяют классы диагностических систем.

1.     Системы для разбраковки механизмов. Этими системами характеризуются только два класса возможных состояний механизма - «исправное» и «неисправное».

2.     Системы для аттестации механизмов. При этом решается более общая задача диагностики: по принятому от механизма сигналу нужно определить класс, к которому относится состояние обследуемого механизма.

3.     Системы для измерения скрытых параметров механизма без его разборки. Задача заключается в определении величины параметров Х1, Х2, ….Хп, принятых для описания состояния механизма, по величине параметров сигнала S1, S2,…….Sm.

4. Системы прогнозирования состояния механизма. По известным состояниям механизма в предшествующие моменты времени и по его текущему состоянию система диагностики должна определить состояние, в которое перейдет механизм после τ часов работы.

Для устранения возможности возникновения внезапных отказов в машинах необходимо решить три научно-технические задачи :

- создать эффективные средства диагностики, позволяющие определять состояние машины (узла) и скорость его изменения в любой текущий момент времени;

- установить закономерности разрушения машины (узла);

- создать машины, характер износа которых мало зависел бы от неконтролируемых внешних факторов.

Для обнаружения дефектов непосредственно в готовых агрегатах не разбирая их, используют ультразвуковые методы. Такой метод широко используется, например, при контроле качества сварных швов на трубах.

Термическая индикация неисправностей предусматривает использование термоиндикаторных красок, меняющих цвет при строго определенных температурах. Для каждого типа деталей и элементов определяют их максимально допустимые температуры нагрева, после чего их окрашивают соответствующими красками.

При очередном осмотре машины мотористу или слесарю остается лишь отметить детали, изменившие свой цвет. Термоиндикаторные краски, рассчитанные на разные критические температуры, имеют разные цвета. Для того чтобы можно было выделить детали, которые изменили свой цвет под действием перегрева, их окрашивают «зеброй», причем одна полоса наносится обыкновенной, соседняя – термоиндикаторной краской. В обычном состоянии деталь кажется одноцветной, но стоит ей перегреться, как она сразу делается полосатой.

Ароматическая диагностика предусматривает использование капсул с сильно пахнущими веществами, например, этилмеркаптаном. Такие капсулы запрессовывают на определенную глубину в изнашиваемую деталь. Как только деталь износится до предела, протрется и капсула. При этом окружающий воздух приобретает характерный запах.

При работе оборудования в водной среде могут быть использованы ампулы с красителями, так как в водной среде запахи распространяются хуже.

Визуальный допуск труднодоступных дефектов основан на принципе передачи изображений по световодам. Прозрачную стеклонить диаметром в тысячные доли миллиметра покрывают тончайшей оболочкой, но из стекла с меньшим показателем преломления. Луч света, направленный внутрь, побежит по волокну, бесчисленное число раз отражаясь от его стенок, и выйдет на противоположном конце. Пучок из нескольких тысяч тонких волокон, заключенных в общую оболочку, и представляет собой световод или, как его еще называют, светокабель. Его можно изгибать под любыми углами и даже завязывать в узлы, однако посланное с одного конца изображение благополучно достигает другого. Светокабели широко используются при конструировании разного рода гибких зондов предназначенных для безразборного поиска дефектов во внутренних полостях станков и двигателей.

Акустическая диагностика повреждений. Физическим носителем информации о состоянии элементов механизма в акустической диагностике служат упругие волны, которые возбуждаются в механизме соударением деталей и регистрируются датчиком колебаний, установленным на его корпусе. Исследуя их, узнают о свойствах механизма, которые являются первоисточниками его колебаний.

Существуют две основные причины, вызывающие колебание механизма. Одна из причин связана с неуравновешенностью движущихся деталей. Она вынуждает механизм колебаться как единое целое относительно положения равновесия. Эти колебания характеризуются низкими частотами. Вторым источником колебаний механизма служат соударения его деталей. Они отличаются высокими частотами. Колебания машины, порожденные соударением его деталей, называются акустическими, а диагностика, основанная на их анализе, акустической диагностикой. Если волны распространяются не в воздухе, а в жидкости, то такую акустику называют гидроакустикой.

Колебания, которые служат сигналом в акустической диагностике, регистрируются датчиком, установленным непосредственно на механизме, но аналогичные колебания можно регистрировать и микрофоном без непосредственного контакта с механизмом.