«МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ: ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ Монография Донецк Юго Восток 2011 УДК 658.58 ББК 6 Б 72 Розглянуто питання технічного обслуговування й ремонту механічного облад нання металургійних ...»

В. И. Бобровицкий

В. А. Сидоров

МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ:

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

И РЕМОНТ

Монография

Донецк

Юго Восток

2011

УДК 658.58

ББК 6

Б 72

Розглянуто питання технічного обслуговування й ремонту механічного облад

нання металургійних підприємств. Для фахівців, що займаються експлуатацією й ремонтом механічного обладнання металургійних підприємств.

Рецензенты:

Седуш В. Я. — д р техн. наук, профессор;

Берштейн И. А. — канд. техн. наук Рекомендовано к печати ученым советом Донецкого национального технического университета (протокол № 4 от 21.05.2010 г.) Бобровицкий В. И.

Б 72 Механическое оборудование: техническое обслуживание и ре монт / В. И. Бобровицкий, В. А. Сидоров. — Донецк : Юго Восток, 2011. — 238 с., 114 илл., 43 табл.

ISBN 978 966 374 Рассмотрены вопросы технического обслуживания и ремонта механи ческого оборудования металлургических предприятий. Для специалистов, занимающихся эксплуатацией и ремонтом механического оборудования металлургических предприятий.

УДК 658. ББК © В. И. Бобровицкий, В. А. Сидоров, ISBN 978 966 374

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

1.1. Основные термины и определения

1.2. Стратегии технического обслуживания

1.3. Виды и особенности ремонтных воздействий

1.4. Причины физического старения машин

1.5. Управление эксплуатационными свойствами машин

1.6. Надежность оборудования

Глава

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

2.1. Аксиомы работоспособного состояния

2.2. Шумы механизмов

2.3. Вибрация механизмов

2.4. Контроль температуры механизмов

2.5. Неразрушающий контроль деталей

2.6. Визуальный осмотр

Глава

ВИДЫ ИЗНОСА И ПОЛОМОК ДЕТАЛЕЙ

3.1. Виды механического изнашивания

3.2. Способы повышения надежности механического оборудования при механических видах износа

3.3. Виды разрушений и изломов

3.4. Последовательность осмотра изношенных деталей, характерные признаки и причины повреждений

3.5. Повреждения подшипников качения

3.6. Повреждения зубчатых передач

Глава

СБОРКА УЗЛОВ МЕХАНИЗМОВ

4.1. Сборка и разборка шпоночных, шлицевых соединений

4.2. Сборка и разборка резьбовых соединений

4.3. Сборка подшипников качения

4.4. Примеры монтажных схем подшипников качения

4.5. Примеры схем разборки подшипников качения

4.6. Сборка валов и зубчатых колес

4.7. Центрирование валов

Глава

СМАЗКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН

5.1. Виды трения

5.2. Пластичные смазочные материалы (характеристики)

5.3. Пластичные смазочные материалы (особенности, способы подачи и контроля)

5.4. Жидкие смазочные материалы (характеристики)

5.5. Жидкие смазочные материалы (особенности, способы подачи и контроля)

5.6. Проверка качества смазочных материалов, продуктов изнашивания в смазке

5.7. Уплотнение подвижных соединений

УХОД И НАДЗОР

6.1. Шпоночные, резьбовые соединения, тормоза

6.2. Соединительные муфты

6.3. Подшипники качения

6.4. Подшипники скольжения

6.5. Зубчатые передачи и редукторы

6.6. Цепи, канаты, блоки

ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

7.1. Допуски и посадки

7.2. Фундаменты

7.3. Обозначения и свойства сталей, бронз, баббитов

7.4. Мерительный инструмент

7.5. Сопротивление материалов

7.6. Основы термообработки

7.7. Обработка поверхности

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Механическое оборудование во многом определяет эффективность ра боты металлургических агрегатов. Обеспечение работоспособного состояния машин и механизмов — основная задача ремонтной службы металлургичес кого предприятия, которая достигается за счет своевременного и качествен ного проведения ремонтов и технического обслуживания. Главным факто ром при поддержании работоспособного состояния является квалификация ремонтного персонала, инженерно технических работников ремонтных служб. Качество ремонта оборудования определяет затраты на содержание оборудования, стоимость выпускаемой продукции, затраты на ликвидацию внеплановых остановок и аварийных ситуаций.

Главное требование в вопросе обеспечения высокого уровня квали фикации инженеров механиков — организация непрерывного повышения квалификации, обмена опытом. В настоящее время отсутствуют структу ры, обеспечивающие переподготовку специалистов механиков.

Появление новых ремонтных технологий, инструментов, стратегий технического обслуживания, возростание требований к показателям надеж ности оборудования металлургических агрегатов, эффективности прово димых ремонтов требуют повышения квалификации ремонтного персона ла. Особенность эксплуатации и ремонта механического оборудования зак лючается в освоении передового опыта и осмыслении предыдущего. Зако ны классической механики незыблемы и не позволяют пренебрегать даже незначительными аспектами в работе механизмов.

С момента появления первых машин и по сегодняшний день перед механиками стоит задача обеспечения длительного срока службы меха низма. Для этого на всех стадиях технического прогресса использовались различные методы: введение больших запасов прочности, тщательный контроль качества изготовления, резервирование, снижение общей ме таллоемкости механизма. Однако, как показывает практический опыт, главными являются квалифицированное техническое обслуживание и ре монт оборудования.

В книге рассматриваются основные вопросы, решаемые ремонтным персоналом металлургического предприятия: определение технического со стояния механизмов; определение видов износа и поломок деталей; сбор ка узлов механизмов; смазывание механизмов; уход и надзор.

Безусловно, в столь малом объеме невозможно осветить все про блемы, возникающие при эксплуатации металлургического оборудования.

Опыт работы с механическим оборудованием постоянно пополняется и обогащается. Целью книги является систематизация и обобщение воп росов и методов технического обслуживания и ремонта механического оборудования металлургических предприятий.

Книга предназначена для мастеров, механиков металлургических предприятий, занимающихся эксплуатацией и ремонтом механического оборудования. Книга может быть полезна студентам профессионального направления «Инженерная механика», при изучения курса «Эксплуатация механического оборудования».

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

1.1. Основные термины и определения Оборудование — технологические агрегаты, машины, механизмы, включая металлоконструкции, трубопроводы, футеровки, участвующие в процессе производства.

Агрегат — совокупность машин, механизмов, устройств и сооружений, связанных единым технологическим процессом.

Машина — комплекс механизмов, предназначенных для выполнения полезной работы.

Механизм — система кинематически взаимосвязанных узлов и дета лей, предназначенных для преобразования вида движения.

Узел — разъёмное или неразъёмное соединение нескольких деталей.

Деталь — изделие, изготовленное как одно целое, разделение которо го на части невозможно без повреждения.

Техническая эксплуатация оборудования Любая машина проходит следующие стадии: проектирование, изго товление и эксплуатация. Идеи и свойства, заложенные конструкторами и машиностроителями, реализуются и проявляются на стадии эксплуа тации [1].

Эксплуатация — совокупность всех фаз существования оборудования с момента взятия на балансовый учёт и до списания. Периоды эксплуата ции: хранение, предремонтная ревизия, сборка, наладка и испытание, ис пользование по назначению — включая все виды технического обслужи вания и ремонта, демонтаж, утилизация.

Хранение — комплекс мероприятий по защите от разрушающего воз действия внешней среды и разукомплектования.

Ревизия — комплекс работ по установлению степени износа изделия для определения необходимого объёма ремонтных работ.

Сборка — комплекс работ по воссозданию изделия из составных ча стей.

Монтаж — вид сборочных операций, выполняемых с использовани ем грузоподъёмных машин для установки изделия на место.

Наладка — приведение фактических отклонений режимов работы в соответствие с нормативными параметрами.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Система технического обслуживания и ремонта (ТОиР) — совокуп ность взаимосвязанных средств, документации и исполнителей, необхо димых для поддержания и восстановления качества изделий [2].

Техническое обслуживание — комплекс операций по поддержанию ра ботоспособности или исправности изделия. Может включать: мойку, кон троль технического состояния, очистку, смазывание, затяжку резьбовых со единений, регулировку, замену некоторых составных частей изделия (на пример, фильтрующих элементов).

Текущий ремонт — ремонт, выполняемый для обеспечения или вос становления работоспособности изделия путём замены или восстановле ния отдельных частей. Основной вид ремонта в системе планово предуп редительных ремонтов.

Средний ремонт — ремонт, выполняемый для восстановления исправ ности и частичного восстановления ресурса изделия с заменой или вос становлением составных частей ограниченной номенклатуры, контролем технического состояния, выполняемый в объёме, установленном норма тивно технической документацией.

Капитальный ремонт — ремонт, выполняемый для восстановления исправности и близкого к полному восстановлению ресурса изделия с заменой или восстановлением частей, включая базовые, самый продол жительный.

Плановый ремонт — ремонт, остановка на который осуществляется по требованиям нормативно технической документации. Способствует сокра щению объема ремонтных работ и уменьшает расходы на ремонт.

Неплановый ремонт — ремонт, поставка изделий на который осуще ствляется без предварительного назначения.

Регламентированный ремонт — плановый ремонт, выполняемый с пе риодичностью и в объёме, установленном эксплуатационной документа цией, независимо от технического состояния изделия в момент начала ремонта.

Ремонт по техническому состоянию — плановый ремонт, объём и сро ки которого определяются техническим состоянием изделия.

Методы выполнения ремонтных работ классифицируют в зависимо сти от заменяемых объектов: детальный, узловой, агрегатный.

Периодичность технического обслуживания (ремонта) — интервал вре мени или наработки между данным видом технического обслуживания (ре монта) и последующим таким же видом или видом большей сложности.

Цикл технического обслуживания — повторяющиеся интервалы време ни или наработка изделия, в течение которых выполняются в определён ной последовательности в соответствии с требованиями нормативно тех нической документации все установленные виды периодического техни ческого обслуживания.

Ремонтный цикл — повторяющиеся интервалы времени или наработ ка изделия, в течение которых выполняются в определённой последова тельности в соответствии с требованиями нормативно технической доку ментации все установленные виды ремонта.

Запасная часть — составная часть изделия, предназначенная для за мены находившейся в эксплуатации такой же части с целью восстановле ния исправности или работоспособности изделия Разборка — расчленение изделия на составные части.

Демонтаж — вид разборочных операций, выполняемых с использова нием грузоподъёмных машин для снятия изделия.

Работоспособное состояние определяется выполнением всех заданных функций процесса в границах заданных параметров. Неработоспособное со стояние наступает при невыполнении одной из заданных функций или при выходе параметров процесса за заданные границы. Исправное состояние ха рактеризуется соответствием объекта всем требованиям, установленным нормативно технической документацией. Если объект не соответствует хотя бы одному из требований нормативно технической документации — состояние характеризуется как неисправное. Дополнительно, для электро механических систем, определяют понятие правильности функционирова ния — способность объекта выполнять в текущий момент времени пред писанные алгоритмы функционирования со значениями параметров, со ответствующим установленным требованиям.

В зависимости от необходимости проведения технического обслужи вания и ремонта различают следующие категории технического состояния:

хорошее — техническое обслуживание и ремонт не требуются; удовлетво рительное — осуществляется техническое обслуживание и ремонт в соот ветствии с планом; плохое — проводится внеочередное техническое обслу живание или ремонт; аварийное — требуется немедленная остановка и ре монт.

Техническое состояние определяется наличием и развитием в объек те неисправностей. Виды неисправностей: повреждения — нарушения ис правного состояния в процессе эксплуатации при сохранении работоспо собного состояния; нарушение функционирования — нарушение алгоритма изготовления или эксплуатации; дефект — нарушение качества изготовле ния или монтажа элементов объекта.

Отказ — событие, связанное с необратимым нарушением характери стик объекта, приводящим к нарушению работоспособного состояния.

Сбой — событие, при котором в результате временного изменения па раметров объекта возникают помехи, воздействующие на работоспособ ность. В дальнейшем работоспособность восстанавливается.

Диагностирование — определение технического состояния и неисправ ностей в механизме.

Диагноз — результат диагностирования технического состояния — ус тановление неисправности в объекте и отнесение объекта к определенно му классу технического состояния.

Алгоритм — последовательность действий, построенная по определен ным правилам для достижения поставленной цели.

Дефектоскопия — метод выявления поверхностных и внутренних де фектов деталей.

1.2. Стратегии технического обслуживания Появление первых машин поставило задачу контроля их техническо го состояния для определения рациональных сроков и видов ремонтных воздействий. В черной металлургии эта задача первоначально решалась путем контроля температуры, наблюдением за изменением вибрации и анализа шумов механизмов. В основном использовались органолептичес кие методы. Осуществлялся контроль специалистами высокой квалифи кации, оснащенными простейшими приспособлениями и многолетним практическим опытом. В дальнейшем, при внедрении системы планово предупредительных ремонтов (ППР) [3], этот опыт был использован для составления правил технической эксплуатации. Такое тиражирование ска залось на качестве операций по наблюдению за техническим состоянием.

Система ППР ориентировала ремонтные службы на поддержание безава рийной работы оборудования путем принудительной замены узлов в сред нестатистические сроки. Часто это не приводило к желаемым результатам и увеличивало затраты на содержание оборудования.

Исследования надежности работы металлургического оборудования [4; 5], проведенные в 70 х…80 х годах, показали значительный разброс в сроках службы однотипных элементов. Это потребовало определения фак тического состояния конкретного узла безразборными методами техничес кой диагностики для эффективного управления надежностью оборудова ния на этапе эксплуатации.

В 90 х годах становится очевидной необходимость перехода на тех ническое обслуживание металлургического оборудования по фактическо му состоянию, что сулит значительную экономию средств, затрачиваемых на обеспечение работоспособного состояния оборудования. Основой долж но являться определение фактического состояния оборудования метода ми технической диагностики. Опыт применения средств технической ди агностики на отдельных металлургических предприятиях показал высокую экономическую эффективность.

Существуют следующие стратегии технического обслуживания и ре монта, имеющие свои достоинства и недостатки:

1. Стратегия ремонтов до отказа применяется в случае использования многочисленных недорогих машин с дублированием каждого ответствен ного участка технологического процесса. Механическое оборудование эк сплуатируется до выхода из работоспособного состояния — до отказа. За траты на техническое обслуживание в этом случае минимальны. Возника ющие отказы непредсказуемы и приводят к существенным затратам по их ликвидации.

Данная стратегия используется по отношению к недорогому вспомо гательному оборудованию, имеющему резервирование. В этом случае за мена механизма дешевле, чем затраты на его ремонт и обслуживание. При отсутствии резервирования производственный процесс на время ремонта приходится останавливать. Часто при эксплуатации оборудования, до вы хода из строя, проводятся периодические измерения вибрационного со стояния машины. Это позволяет рационально выбирать время ремонта и своевременно обеспечить подготовку к ремонту.

2. Стратегия планово предупредительных ремонтов должна обеспечи вать безотказную работу оборудования путем принудительной замены уз лов и деталей в сроки, устанавливаемые на основе статистического анали за отказов (рис. 1.1). Установленное среднее значение норматива заранее предполагает аварийные отказы одних деталей и замену других, не отрабо тавших свой ресурс. Следовательно, данная стратегия не исключает воз можность возникновения аварийных отказов.

Фактически оказывается, что не менее 50 % регламентных ремонт ных воздействий выполняются без особой необходимости. В некоторых случаях безотказность работы оборудования после технического обслужи вания или ремонта снижается, иногда временно, до момента окончания процесса приработки, а иногда постоянно. Снижение показателей надеж ности обусловлено появлением отсутствовавших до обслуживания дефек тов монтажа. Возникновение около 70 % отказов вызвано принудительным обслуживанием машин и оборудования.

3. Стратегия ремонтов по состоянию. По этой стратегии обслуживания состояние машин и механизмов контролируется периодически или в зависи мости от результатов диагноза и прогноза технического состояния. Ремонт проводится в оптимальные сроки, в необходимом объеме. Основой для этого служит знание фактического состояния механизма. Это позволяет миними зировать объем ремонтов и обеспечить безаварийную работу. Эффективность применения стратегии может быть эквивалентна стоимости 30 % общего пар ка машин. На основании информации о техническом состоянии решаются задачи: определения сроков и объемов ремонта; выявление механизма с наи худшими параметрами, требующего немедленной замены; оценка качества проведенного ремонта; оценка состояния и качества монтажа нового обору дования. Эффективность решения этих задач обеспечивается за счет ремонта наиболее изношенного оборудования, ликвидации ошибок монтажа и конт роля состояния оборудования, вступающего в эксплуатацию после ремонта.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Рис. 1.1. Система планово предупредительного ремонта Виды стратегий технического обслуживания и ремонта подразделяют на две группы: пассивные и активные (табл. 1.1).

Пассивные стратегии в той или иной форме отвечают на изменение технического состояния. Соответственно — это ремонт после отказа либо ремонт по состоянию, когда оборудование достигнет предела своего воз можного использования. В этом случае имеется возможность одновремен ного отказа нескольких механизмов, тогда необходимость в ремонтных работах превысит возможности ремонтной службы, что может привести к остановке технологического процесса.

Активные стратегии влияют на состояние оборудования до возникно вения необходимости ремонта путем предупредительной замены узлов и деталей либо устранением отклонений и неисправностей в работе меха низмов — активная стратегия ремонтных воздействий. Принудительная замена деталей не всегда экономически оправдана, однако повышает бе зотказность работы оборудования. Проблематичным, в данном случае, яв ляется выбор рациональных сроков и объемов заменяемых деталей. Если техническое состояние оборудования известно, появляется возможность снизить объемы ремонтов и увеличить срок службы оборудования. Это осу ществляется путем выявления и устранения дефектов и повреждений, при водящих к снижению ресурса.

1.3. Виды и особенности ремонтных воздействий Класс металлургических машин имеет отличия в конструкции, про цессах эксплуатации и технического обслуживания.

Конструктивные особенности: значительная мощность привода (1000…2000 кВт); большие габариты, отсутствие габаритных ограничений;

значительные массы вращающихся и корпусных деталей; реализация в ос новном вращательного движения рабочего органа в широком диапазоне скоростей; преобладание низкоскоростных машин.

Эксплуатационные особенности: работа в условиях запыленности и вы соких температур; работа в режиме холостого хода и под нагрузкой; нали чие значительных динамических нагрузок, близких к ударным; нестабиль ность рабочих нагрузок.

Особенности технического обслуживания: наличие разветвленных, зна чительных по объему систем жизнеобеспечения (система смазывания; си стема охлаждения; система вентиляции); необходимость постоянного кон троля технического состояния и поддержания работоспособного состоя ния ремонтной службой; значительные потери при аварийных остановках оборудования; технологические особенности ремонта крупногабаритного оборудования; значительное влияние качества технического обслуживания на техническое состояние машин.

Основное требование к металлургическим машинам — обеспечение про ектной производительности при заданном уровне безотказности. Поддер жание работоспособности машин — основная задача ремонтных служб ме таллургических предприятий. Главное требование — проведение ремонтов во время плановых остановок оборудования. Аварийные простои приво дят к значительным потерям средств из за срыва сроков поставок продук ции, большей длительности ремонта ввиду отсутствия заранее подготов ленных материальных и трудовых ресурсов, невозможности полной оста новки всех взаимосвязанных металлургических агрегатов.

Последовательность выполнения ремонтных работ: обнаружение симп томов неисправности; установление причины, вида повреждения; приня тие решения о выполнении ремонтных работ; подготовка материальных ресурсов (запасных деталей, материалов); подготовка трудовых ресурсов;

остановка оборудования и подготовка к ремонту; выполнение операций по замене узлов оборудования; регулировка и настройка машины; проб ные запуски на холостом и рабочем ходу.

В случае плановой остановки — длительность ремонта соответствует длительности 4 х последних пунктов, при аварийной остановке — 9 ти под готовительных и основных операций. Установление причины отказа мо жет занимать значительное время.

Практически для воздействия на работоспособность механизма мо гут быть использованы следующие виды ремонтных воздействий: регули ровка, настройка механизма; затяжка резьбовых соединений; смазывание узлов и деталей; замена быстроизнашиваемых деталей; восстановление или замена корпусных деталей.

Известно, что процесс изнашивания деталей машин при эксплуата ции имеет три этапа (рис. 1.2). Первый этап — приработка, при которой темп изнашивания повышен в результате истирания начальных неровнос тей или вследствие перекоса поверхностей сопряженных деталей. Второй — установившийся износ, когда происходит естественное изменение форм и размеров деталей в процессе работы машины. Третий — катастрофический износ, характеризуемый резким нарастанием интенсивности износа ввиду недопустимых изменений в сопряженных деталях. В этот период происхо дит отказ узла. Правильный выбор вида ремонтного воздействия и свое временность проведения обеспечивают не только надежность оборудова ния, но и влияют на экономические показатели работы ремонтной служ бы и предприятия в целом.

Эффективность влияния ремонтных воздействий имеет временные ограничения по мере исчерпания ресурса механизма и изменения тех нического состояния деталей. Регулировка — операция, характерная для заключительной стадии монтажа и начальной стадии эксплуатации. Наи большее распространение имеют центрирование валов и регулировка осевого зазора. Правильная регулировка механизма — основа длительной эксплуатации.

Смазка — наиболее ответственная операция, обеспечивающая возмож ность функционирования механизма. Качественная и своевременная по дача смазки позволяет продлить ресурс машины даже при значительных дефектах элементов. Подача смазки необходима на всех периодах, однако особая эффективность отмечается на этапе длительной эксплуатации.

Затяжка резьбовых соединений — воздействие, которое позволяет из бежать значительных динамических нагрузок, возникающих при раскры тии стыка соединяемых деталей. Данная операция входит в перечень ра бот, постоянно выполняемых ремонтной службой. Наибольшая эффектив ность этого воздействия соответствует начальному периоду (I) и периоду постепенного изнашивания (II) деталей. Замена быстроизнашиваемых де талей проводится для предупреждения их возможной поломки и предот вращения аварийной ситуации и должна, преимущественно, выполняться в начале III периода. Восстановление корпусных деталей — вынужденное ремонтное воздействие, связанное с нарушением условий нормальной ра боты механизма или поломкой узлов и деталей. Область применения оп ределяется временной зоной до и после разрушения узла.

Каждому из описанных периодов жизненного цикла элементов ма шин (рис. 1.2) соответствуют наиболее рациональные виды ремонтных воз действий с позиции их влияния на техническое состояние. Трудность в практическом применении этого заключения в том, что индивидуальность характеристик элементов приводит к тому, что одновременно установлен ные детали находятся на различных стадиях жизненного цикла. Определе ние периода эксплуатации возможно при техническом диагностировании.

Затраты на выполнение ремонтных воздействий имеют примерно рав ные значения для регулировки механизма, затяжки, смазки; увеличивают ся при замене быстроизнашиваемых деталей; значительно возрастают при восстановлении или замене корпусных деталей. Именно износ посадоч ных мест приводит к снижению эффективности ремонтных воздействий.

Ликвидация последствий изнашивания, одновременно с заменой изношен ных деталей имеют наиболее реальную возможность продлить срок эксп луатации оборудования. При этом наблюдается следующая закономерность:

чем раньше обнаружено повреждение, тем меньше средств требуется для ликвидации.

Исходя из этой предпосылки, обнаружение повреждений механизма определяется как один из видов ремонтных воздействий, влияющий опос редованно на работоспособность механизма. Выполнение этой ремонтной операции проводится: по внешним симптомам, замеченным технологичес ким и дежурным персоналом; при проведении ревизий и осмотров обору дования ремонтным персоналом; при использовании безразборных мето дов технического диагностирования. Эффективность данных способов оп ределяется степенью использования информации ремонтными службами.

Позднее предупреждение о неисправности может привести к аварийному простою. Перечисленные способы обнаружения неисправностей различа ются степенью упреждения отказа.

Внешние симптомы зачастую проявляются непосредственно перед от казом; использование визуального осмотра позволяет сделать упреждаю щие выводы о возможных неисправностях; диагностирование оборудова ния позволяет определить моменты зарождения дефектов и, проследив тенденции развития, выполнить прогнозирование сроков отказов на бо лее длительный период. Предложенные методы опираются на определен ную модель поведения механизма, с различной степенью упрощения.

Наблюдение за внешними признаками базируется на тезисе о низ ком уровне шума и вибрации нормально работающей машины. Опреде ление видов изнашивания при визуальном осмотре позволяет предполо жить последовательность их развития. Диагностическая виброметрия, наиболее развитая в настоящее время, позволяет обнаружить поврежде ния на ранней стадии.

1.4. Причины физического старения машин Условия работы металлургических машин разнообразны: значитель ные нагрузки, чаще переменные; большие скорости скольжения; контакт с раскалённым и жидким металлом; транспортировка и переработка сыпу чих, монолитных, газообразных материалов; влияние коррозионной сре ды и т. д. Эти воздействия вызывают в машинах нарастающие изменения, происходит физическое старение деталей машин.

Эксплуатационные воздействия определяют причины физического ста рения машин. Причины старения связаны с несовершенством конструк ции, технологией изготовления, ошибками при эксплуатации [1].

Установление причин физического старения машин является важной и трудной задачей ввиду многообразия причин, вызывающих старение. Зна ние этих причин является основой для нахождения путей управления про цессами старения, эксплуатационными свойствами машин.

Старение — необратимые изменения свойств или состояния объекта в результате действия различных факторов.

Для объяснения физической сущности процессов старения рассмат ривается изменение структуры и свойств деталей машин на трёх уровнях:

субмикроскопическом, микроскопическом и макроскопическом.

Субмикроскопический уровень: диффузия атомов в объёме и на поверх ности детали; движение и взаимодействие точечных дефектов и дислока ций, разрыв межатомных связей. Эти вопросы рассматривают физика твёр дого тела, атомная физика и квантовая механика.

Микроскопический уровень: структурные превращения в сплавах (на уровне зерна материала), приводящие к изменению первоначальных свойств материала; поверхностные явления в зоне трущихся поверхнос тей. Причины и следствия этих явлений изучают: физическая химия, тер модинамика, механохимия, металловедение, триботехника.

Макроскопический уровень: изменение начальных свойств детали — деформации; изменения размеров при износе. Данные вопросы — пред мет исследований теории упругости, теории пластичности, теории пол зучести, триботехники — науки о трении и износе.

При рассмотрении процессов физического старения необходимо оп ределить границу болезни. Получаем разделение: естественное старение — старение, соответствующее выработанным нормам, при нормальных усло виях эксплуатации; патологическое старение — возникает при неблагопри ятных условиях и ускоряет процесс естественного старения.

Основные истины: физическое старение машин неизбежно; процесс старения поддаётся управлению; основа для управления процессом старе ния — определение причин старения; знание причин старения позволяет правильно выбрать метод обнаружения, предупреждения или устранения причин патологического старения.

В соответствии со стадиями существования машины можно выделить следующие причины старения (см. рис. 1.3):

1. Конструкционные причины. При разработке машин руководствуют ся номинальными нагрузками, реальный же спектр нагрузок значительно отличается. Иногда, при определении нагрузок, не учитывают динамичес кие силы, которые часто являются причиной разрушения деталей.

Реальные детали имеют сложную форму, и аналитическое определе ние напряжений в них методами сопротивления материалов затруднитель но. Принятые допущения (идеализируя форму деталей) снижают или за вышают необходимую прочность элементов машин. Увеличение размеров деталей ведёт к возрастанию сил инерции, росту первоначальной и эксп луатационной стоимости, увеличению массы запасных частей.

Плохая ремонтопригодность, низкий уровень стандартизации и уни фикации не обеспечивают качественного проведения ремонтов и снижа ют эффективность работы машин. Одна из причин старения — отсутствие или низкое качество документации, регламентирующей режимы работы, признаки патологического старения, допустимую степень старения.

Отсутствие средств контроля параметров функционирования машин приводит к перегрузке, перегреву, нарушению условий смазывания, к не своевременному устранению неисправностей и к возникновению отказов.

2. Технологические причины. Технология изготовления и сборки ме таллургических машин определяет уровень качества и надёжности.

Во многих случаях отсутствует система контроля соответствия детали чертежу. Отсутствует единый подход к качеству изготавливаемых деталей и техническому обслуживанию механизмов. Под совершенством технологи Рис. 1.3. Причины физического старения металлургических машин ческого процесса следует понимать способность обеспечивать изготовле ние и сборку машин в соответствии с требованиями нормативно техноло гической документации. Из за несовершенства технологического процес са, на любой стадии изготовления или сборки могут возникнуть дефекты как результат нарушения хода технологического процесса или неблаго приятного сочетания различий. Основные группы дефектов: дефекты ли тья, пластической деформации (ковки, прокатки), механической обработ ки, сварки и наплавки.

Дефекты сборки: несоблюдение зазоров в сопряжённых соединени ях; отклонения от требований к степени затяжки резьбовых соединений, сборка с перекосом; неправильная регулировка, наличие забоин.

Дефекты, возникающие на промежуточных технологических опера циях, могут оставаться незамеченными и перейти в готовую деталь — это явление называется технологической наследственностью. Дефекты изго товления и сборки способствуют протеканию в материале деталей патоло гических процессов физического старения под влиянием эксплуатацион ных воздействий. Эксплуатационные свойства деталей, как правило, кон тролю не подлежат.

3. Эксплуатационные причины физического старения (см. рис. 1.4) яв ляются следствием эксплуатационных воздействий и несоблюдения нор мативов технологического процесса.

Виды физического старения — это выражение конкретных изменений, которые произошли с материалом деталей (см. рис. 1.5). По виду старения можно установить наиболее значимый вид эксплуатационного воздей ствия — причину старения, а следовательно, найти способ уменьшения вредного влияния на деталь.

Классификация физического старения деталей металлургических ма шин приведена на рис. 1.5.

Признаки старения: изменение физического состояния детали (дефор мации); изменение параметров функционирования машины (вибрации);

прекращение функционирования (излом зуба); изменение качества обра батываемой машиной продукции (качество реза); изменение влияния на окружающую среду (выброс пыли в атмосферу); изменение уровня безо пасности (число разрушенных проволок в прядях каната); изменение тру доёмкости восстановления (износ футеровки).

Для определения состояния машины по этим признакам существует два способа: прямой и косвенный.

1.5. Управление эксплуатационными свойствами машин Изменение уровня надежности обусловлено внешними и внутренни ми воздействиями на машину [6]. Имеются три основных источника воз действия: энергия окружающей среды (включая оператора и ремонтника);

Рис. 1.4. Виды эксплуатационных воздействий на детали металлургических машин

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Рис. 1.5. Классификация физического старения деталей металлургических машин внутренние источники энергии (привод); потенциальная энергия, накоп ленная в материале деталей машины при их изготовлении (внутренние на пряжения от литья, сварки, термообработки, монтажные напряжения).

Практически на машину действуют все виды энергии. Накопление малых количественных изменений ведет к изменению качественного состояния машины, к переходу из одного (работоспособного) состояния в другое (не работоспособное). Схематически это показано на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Схема накопления причинных воздействий отказа Фактически для возникновения отказа необходимо выполнение сле дующих условий: достаточный уровень энергии для возникновения от каза; приведение к повреждению детали возникшего процесса; приведе ние данного повреждения к изменению выходного параметра; превыше ние параметром допустимых пределов. Все процессы воздействия на ма шину можно разделить на обратимые (упругая деформация) и необрати мые (старение, коррозия, усталостные повреждения). Наиболее отчетли во процессы накопления необратимых повреждений проявляются при усталостном разрушении.

Исходя из стадий существования машин и причин физического ста рения [1], для управления техническим состоянием машин необходимо ис пользовать различные методы (рис. 1.7).

Конструкторские методы. При выборе конструктивных решений не обходимо предусматривать: разработку кинематической схемы и рацио нальной компоновки основных узлов; применение прогрессивных меха низмов (гидравлических взамен зубчатых, винтовых, рычажных), закры тых узлов трения вместо открытых; уменьшение влияния динамических сил и вибраций, температурной деформации; рациональный вид трения и из нашивания в сопряжениях; обеспечение необходимой ремонтопригоднос ти; применение эффективных фильтров для очистки масла и жидкости;

приспособленность к диагностированию состояния.

Материалы и технологическое улучшение имеют основное значение при управлении надежностью машин. Чем выше способность материалов сопротивляться внешним воздействиям, чем выше эксплуатационные свой

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Рис. 1.7. Методы управления эксплуатационными свойствами элементов машин ства, тем выше сроки службы деталей. Эксплуатационные свойства долж ны зависеть от вида и величины эксплуатационных воздействий. Однако принципы выбора разработаны недостаточно и сводятся к перечислению материалов, более или менее удовлетворительно зарекомендовавшим себя в работе. На период проектирования вид и величина эксплуатационных нагрузок приблизительно отражает будущее фактическое распределение, поэтому выбор материалов в большинстве случаев проводят эмпиричес ким путем, часто не оптимальным.

Методы расчетов деталей по критериям надежности должны обеспе чивать равностойкость деталей. В идеальной машине все детали должны выработать свой ресурс одновременно, пока же решается задача о равно стойкости в пределах узлов.

Многообразие факторов, вызывающих старение, их взаимосвязь и не линейная зависимость в настоящее время не позволяют получить доста точно строгие выражения параметров надежности на базе физических за кономерностей. На практике используют полуэмпирические и эмпиричес кие закономерности наиболее важных факторов старения.

Конструктор, принимая определенные решения при разработке ма шины, должен учитывать вид и величину эксплуатационных воздействий, тонкости рабочих процессов и особенности эксплуатации. Это дает осно вание предвидеть поведение машины и деталей, а следовательно: регла ментировать параметры надежности (начальное, предельное состояние, срок службы) и условия эксплуатации; определить номенклатуру быстро изнашивающихся деталей; разработать требования к регулировкам, режи мам смазывания.

Технические условия на изготовление и сборку машин должны вклю чать условия обеспечения их надежности. Надежность регламентируется последовательностью технологических операций, применяемыми методами и режимами обработки, определенными характеристиками качества деталей.

Для обеспечения эксплуатационных свойств металлургических ма шин, определяющих требуемый уровень надежности, технологическими методами необходимо целенаправленное воздействие на все этапы техно логического процесса (производство металла, заготовок и деталей). Надеж ность готовой детали во многом зависит от качества металла, заготовок и поверхностной обработки.

Технологический процесс: плавка, литье, условия кристаллизации (качество литья) — обработка металла давлением (расположение воло кон) — механическая обработка (качество поверхностных слоев волнис тость, шероховатость) — обработка поверхности (цементация, азотирова ние, воронение).

Контроль режимов технологического процесса предупреждает появ ление дефектов и эффективно обеспечивает качество деталей и машин.

Контроль изготовленных деталей позволяет лишь определить дефект, а не устранить его. Чем выше требования к надежности, тем важнее осуществ лять контроль на всех стадиях технологического процесса: производство металла, изготовление заготовок, деталей, сборка. Используются при этом методы дефектоскопии: ренгеновский, капиллярный, ультразвуковой, зву ковой, магнитный, электромагнитный.

Эксплуатационная информация о состоянии деталей и машин являет ся основной для управления надежностью машин. На этапе эксплуатации решаются задачи: назначение и соблюдение рациональных режимов рабо ты машин; достижение высокого качества технического обслуживания.

Сбор и обработка эксплуатационной информации должны осуществлять ся технической инспекцией, имеющей средства технического диагности рования, которые осуществляют контроль правильности эксплуатации и качества профилактических работ.

Соответственно основным этапам жизненного цикла механизма сле дует выделить неисправности, связанные с: конструкторскими ошибками или ошибками при проектировании; дефектами изготовления или ремон та; ошибками, допущенными при монтаже; результатами эксплуатации ме ханизма. Указанные виды неисправностей имеют различное проявление во время функционирования механизма.

Неисправности, связанные с дефектами изготовления или ремонта, проявляются сразу после запуска механизма и присутствуют на протяже нии всего периода эксплуатации. Повлиять на эти неисправности путем регулировки, затяжки, балансировки, либо другого вида безразборного ре монтного воздействия, невозможно. Иногда эти дефекты начинают про грессировать по мере износа механизма или увеличения степени нагруже ния. Обычно это: изгиб вала, овальность посадочных мест подшипников, ослабление посадки подшипников на валу и в корпусе механизма, эксцен триситет посадочных поверхностей деталей, ошибки при изготовлении соединительных элементов.

Неисправности, вызванные ошибками, допущенными при монта же, проявляются сразу же после запуска в случае явных повреждений либо через 1…2 месяца после ввода механизма в эксплуатацию при скры тых ошибках. Чаще всего ошибки монтажа связаны с неравномернос тью затяжки резьбовых соединений или недостаточными усилиями за тяжки, неправильным центрированием валов проводного и исполни тельного механизма, неверным смазыванием, перекосами механизма и его узлов. Данные неисправности должны устраняться путем регулиров ки, затяжки либо другого вида безразборного ремонтного воздействия в период пробных пусков.

Процессы, протекающие в механизме в процессе эксплуатации, при водят к постепенному накоплению повреждений в течение 2…3 лет, а за тем к ступенчатому изменению диагностических параметров, вначале в пре делах допустимых, а затем недопустимых значений. Данные повреждения связаны с износом подшипников, нарушением уравновешенности ротора при абразивном износе, изгибе вала, проседании фундамента, ослаблении резьбовых соединений. Устранение данных повреждений возможно при со блюдении условия целостности элементов механизма. Ремонт путем заме ны должен предварять начало повреждения базовых поверхностей.

1.6. Надежность оборудования Надёжность — свойство объекта сохранять во времени, в установлен ных пределах значения всех параметров, характеризующих способность вы полнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. В теории надёжности различают: техническую надёжность — оценка которой проводится по результатам испытаний в заводских или стендовых услови ях; эксплуатационную надёжность — определяемую в реальных условиях ис пользования изделия.

Понятие надёжности включает в себя: безотказность; долговечность;

ремонтопригодность; сохраняемость. Терминология теории надёжности регламентируется ГОСТ 27003 90 [7].

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспо собное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработ ки. Определяющей особенностью безотказности является непрерывное со хранение работоспособности в течение заданного времени.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного со стояния объекта. Классификация отказов приведена на рис. 1.8.

Классификация отказов. В соответствии с ГОСТ 27.002 83 отказы под разделяются на восемь видов. Внезапный отказ характеризуется скачкооб разным изменением одного или нескольких параметров объекта. Постепен ный отказ характеризуется постепенным изменением значений одного или нескольких параметров объекта, т. е. закономерным изменением параметра за время, предшествующее отказу (износовые отказы). Независимый отказ объекта не обусловлен отказом другого объекта. Зависимый отказ обуслов лен отказом другого объекта. Перемежающийся отказ — многократно воз никающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера.

Конструкционный отказ возникает в результате несовершенства или наруше ния правил и норм конструирования. Производственный отказ возникает в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изго товления объекта, выполняющегося на машиностроительном предприятии.

Эксплуатационный отказ возникает в результате нарушения установленных правил или условий эксплуатации объекта. ГОСТ 24.010.05 78 дополнительно регламентирует наличие внешних проявлений: очевидный (явный) и скры тый (неявный) отказ. Степень возможности последующего использования изделия: сбой, частичный отказ, систематический отказ, полный отказ. Вре мя возникновения отказа: при испытаниях, в период приработки, в период нормальной эксплуатации, в последний период эксплуатации.

Работоспособное состояние определяется выполнением всех заданных функций процесса в границах заданных параметров. Неработоспособное со стояние наступает при невыполнении одной из заданных функций или при выходе параметров процесса за заданные границы. Исправное состояние ха рактеризуется соответствием объекта всем требованиям, установленным нормативно технической документацией. Если объект не соответствует хотя бы одному из требований нормативно технической документации — состояние характеризуется как неисправное. Дополнительно, для электро механических систем, определяют понятие правильности функционирова ния — способность объекта выполнять в текущий момент времени пред писанные алгоритмы функционирования со значениями параметров, со ответствующими установленным требованиям.

Виды неисправностей: повреждения — нарушения исправного состо яния в процессе эксплуатации при сохранении работоспособного состоя ния; нарушение функционирования — нарушение алгоритма изготовления или эксплуатации; дефект — нарушение качества изготовления или мон тажа элементов объекта.

Если объект переходит в неисправное, но работоспособное состоя ние, то это событие называют повреждением; если объект переходит в не работоспособное состояние — отказом.

Предельное состояние — состояние объекта, при котором его дальней шее применение по назначению или восстановление недопустимо или не целесообразно, либо восстановление исправного или работоспособного со стояния невозможно или нецелесообразно.

Все объекты подразделяются на ремонтируемые и неремонтируемые. Ре монтируемый объект — объект, ремонт которого возможен и предусмотрен нормативно технической и конструкторской документацией. Неремонти руемый объект — объект, ремонт которого невозможен и не предусмотрен.

Ремонтируемые объекты можно разделить на восстанавливаемые и не восстанавливаемые. Восстанавливаемый объект — объект, для которого в рас сматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного со стояния предусмотрено в нормативно технической документации. Невос станавливаемый объект — объект, для которого в рассматриваемой ситуа ции проведение восстановления работоспособного состояния не предус мотрено.

Безотказность исчисляется временем или наработкой. Наработка — продолжительность или объем работы объекта. Выражается во времени функционирования или в единицах объема выполненной работы за про межуток времени (ч, сут., циклы нагружения, т).

Для количественной характеристики безотказности металлургических машин применяют следующие показатели.

Средняя наработка на отказ Т — математическое ожидание наработки объекта от начала его эксплуатации до возникновения отказа. Вероятность безотказной работы P(t) — вероятность того, что за время t отказа объекта не произойдет, т. е. наработка на отказ Т объекта примет значение, боль шее t (вероятность события T > t). Вероятность отказа Q(t) — вероятность того, что за время t отказ объекта наступит, т. е. время работы Т объекта до отказа примет значение, меньшее t (вероятность события T < t). Интенсив ность отказов (t) — вероятность возникновения отказа объекта для рас сматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.

Долговечность — это свойство объекта сохранять работоспособное со стояние до наступления предельного состояния при установленной систе ме технического обслуживания и ремонта.

Основной показатель долговечности — технический ресурс — наработ ка объекта от начала эксплуатации или капитального ремонта до наступ ления предельного состояния, выражающийся в показателях суммарной наработки или срока службы.

Для количественной оценки долговечности используются следующие показатели. Средний ресурс Tp — средняя наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Различают полный, использованный, остаточный ресурс. Сред ний срок службы Tсл — это календарная продолжительность эксплуатации объекта в те же сроки.

Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособ ленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения от казов, повреждений и в приспособленности к восстановлению работоспо собного состояния с помощью технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность количественно оценивается следующими пока зателями.

Среднее время восстановления работоспособного состояния — сред няя продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта. Вероятность восстановления работоспособного состояния P () — ве роятность того, что время восстановления работоспособности объекта не превысит заданного. Интенсивность восстановления () — вероятность восстановления объекта для момента при условии, что к этому моменту объект не восстановлен.

К комплексным показателям относится коэффициент готовности.

Коэффициент готовности Кг — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме пла нируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначе нию не предусматривается. Для анализируемого промежутка времени ко эффициент готовности можно рассчитать по формуле:

где ti — наработка на отказ; i — время восстановления; n — число отказов.

Ремонтопригодность определяется: контролепригодностью, доступно стью, легкосъемностью, восстанавливаемостью, взаимозаменяемостью, блочностью, степенью унификации, количеством точек смазывания.

Сохраняемость — свойства объекта сохранять значения показателей бе зотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение или после хранения или транспортирования.

«Классический» характер изменения надёжности любого изделия мож но представить в виде потока отказов, при этом используют законы: экс поненциальный, нормальный и распределение Вейбулла.

Известны примеры применения теории вероятности и математичес кой статистики для оценки надёжности металлургических машин [1]. При этом статистика отказов даёт представление об уровне надёжности с боль шим опозданием. Для накопления информации об отказах требуется боль шой промежуток времени. Отсутствие анализа и причин отказов, большая часть которых не связана со свойствами машины, вызывает сомнения в достоверности такой оценки и не даёт возможности прогнозирования на дёжности.

А. И. Целиков [1] писал, что индивидуальный характер производства металлургических машин, их исключительно высокая стоимость, метал лоёмкость и специфические условия эксплуатации, относительно большой интервал времени между изготовлением машин прототипов — всё это де лает невозможным применение для расчётов количественных методов те ории надёжности, основанной на законах больших чисел. Нельзя совер шенствовать надёжность прокатного стана такими же методами, как это делается, например, в автотракторной промышленности. Не статистика отказов является ключом для обеспечения надёжности металлургических машин, а целенаправленное воздействие на эксплуатационные свойства элементов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

2.1. Аксиомы работоспособного состояния Основными элементами механических систем являются: валы, оси, подшипники, корпусные детали, уплотнения, резьбовые соединения, муф ты. Для успешной эксплуатации элементы механизма должны выполнять требования по обеспечению функционального назначения.

Вал — деталь, вращающаяся вокруг своей оси, предназначенная для пе редачи крутящего момента и для поддержания вращающихся деталей меха низмов. Основное требование для жестких валов — прямолинейность, работа в области упругих деформаций, правильность расположения вала, обеспече ние постоянного положения деталей, отсутствие износа посадочных мест, сов падение оси вращения и оси инерции. Ось — деталь, предназначенная для поддержания вращающихся деталей, не передающая крутящий момент.

Подшипники служат опорами для валов, обеспечивая вращение с ми нимальным коэффициентом трения, совместно с системой смазывания.

Корпусные детали поддерживают подшипники, обеспечивают правильное расположение валов. Резьбовые соединения соединяют корпусные детали и обеспечивают нераскрытие стыка соединяемых деталей. Уплотнения — де тали, герметизирующие внутренний объем корпуса механизма от утечек масла и попадания загрязнений (иногда устанавливаются на соединитель ные элементы). Соединительный элемент предназначен для передачи вра щающего момента от приводного вала к ведомому, компенсации углового и радиального смещения валов. Фундамент должен обеспечивать непод вижное и устойчивое положение корпусных деталей механизма. Исполни тельный элемент — рабочее колесо, грохот, приводной ролик, барабан, пред назначен для выполнения полезной работы в соответствии с функциональ ным назначением механизма.

Соединение данных элементов создает механическую систему, выпол няющую определенную работу, либо преобразующую движение. Наиболее характерной для механизма является схема роторного типа, включающая:

электродвигатель — соединительный элемент — исполнительный орган.

Данная схема позволяет обеспечить разнообразие конструкций и выпол няемых операций на базе единого конструкторского решения. Конструк тивное исполнение основывается на однотипных элементах и является ти пичным для электропривода.

Основным конструкторским решением, наиболее характерным для ро торных механизмов, является кинематическая схема с двухопорным валом (рис. 2.1). По расположению исполнительного органа 7, в качестве кото рого может выступать ротор насоса или вентилятора, колесо компрессора, зубчатое колесо, различают схемы с межопорным (рис. 2.1, а) и консоль ным (рис. 2.1, б) расположением. В целом механизм включает ротор элек тродвигателя 1, с подшипниковыми опорами 2, статором 3, соединитель ный элемент — муфту 4, вал 5 исполнительного механизма. Вал 5 установ лен на подшипниковых опорах 6. Различное конструкторское исполнение узлов позволяет использовать ее в большинстве механизмов.

Рис. 2.1. Кинематическая схема механизма: а) с межопорным;

б) с консольным расположением рабочего органа Приведенным кинематическим схемам отвечают практически все ме ханизмы, используемые в промышленности: насосы; центрифуги; возду ходувки; дымососы. Схема механизма с двухопорным валом является ти повой для любой конструкции. Кинематическая схема двухопорного вала является также основным конструкторским решением для механизмов с редукторным приводом, наиболее часто используется для согласования ме ханических параметров двигателя и исполнительного органа. В этом слу чае соединение двухопорных валов с помощью зубчатых передач и объе

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

динение этих узлов в одном корпусе предоставляет возможность измене ния частоты вращения и передаваемого момента в редукторе 8 (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Кинематическая схема механизма с редуктором Схемы редукторного привода наиболее часто используются в грузо подъемных механизмах, приводах транспортирующих машин, в горных и металлургических машинах.

Основные характеристики изнашивания деталей общего назначения указаны в табл. 2.1.

Работоспособное состояние механизма характеризуется следующими признаками: низким уровнем вибрации и шума; отсутствием ударных про цессов; температурой корпуса не выше предельных значений; отсутствием подтеканий масла; отсутствием трещин в корпусных деталях, опорной раме и фундаменте.

Работоспособное состояние механизма обеспечивается: соосностью ва лов, выдержанной в допустимых пределах и выставленной с учетом рабочей температуры двигателя и механизма; постоянной или периодической смаз кой узлов механизма с оптимальными характеристиками смазочного мате риала; уровнем рабочих нагрузок, не превышающем допустимого значения;

равномерной затяжкой резьбовых соединений; выполнением всех заданных функций; периодической смазкой зубчатых муфт, шарнирных соединений и заменой отработанной смазки; оптимальными значениями зазоров, нахо дящихся в допустимых пределах и учитывающих тепловое расширение де тали; оптимальными параметрами шероховатости рабочей поверхности; па раллельным расположением валов на необходимом расстоянии.

Необходимым является: соблюдение параметров технологического процесса; высокая квалификация ремонтного персонала; применение спе циализированного инструмента при ремонте; своевременное использова ние методов технического диагностирования и прогнозирования отказов элементов оборудования.

Работоспособность подшипников качения характеризуется: отсутстви ем проворачивания колец подшипника на валу и в корпусе; отсутствием трещин в деталях подшипника; значениями зазоров в допустимых преде лах; шероховатостью поверхности тел качения и беговых дорожек; каче ственным смазыванием.

Работоспособность зубчатых передач обеспечивается: необходимым размером пятна контакта; допустимыми значениями бокового зазора и раз мерами зубьев; шероховатостью поверхности зубчатых колес; отсутствием проскальзывания рабочих поверхностей; неподвижным соединением де талей с валом.

Работоспособность валов обеспечивается: прямолинейностью; пра вильным расположением; отсутствием износа посадочных поверхностей;

целостностью шпоночных и шлицевых соединений.

Работоспособность муфт предполагает: целостность деталей; равномер ность износа элементов в допустимых пределах; неподвижность соедине ний деталей, при необходимости — смазку.

В целом работоспособное состояние узлов и деталей определяется: от сутствием трещин; отсутствием повреждений сопрягаемых элементов; оп ределенными параметрами шероховатости рабочих поверхностей; наличием оптимальных зазоров сопрягаемых деталей.

2.2. Шумы механизмов Акустический шум и колебания механизмов давно используются для оценки технического состояния. В механических устройствах в качестве степени повреждений выступает зазор между деталями. Наличие зазора вы зывает соударение деталей во время работы. Физическое проявление это го процесса реализуется в виде распространения упругих волн акустичес кого диапазона, возникновения вибрации и ударных импульсов. Несмот ря на единую физическую природу, каждое из этих проявлений имеет свои

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

особенности и по разному отображает происходящие процессы. Поэтому целесообразно контролировать совокупность этих параметров.

Упругие волны, порождающие акустические колебания, имеют час тотный диапазон 20…16000 Гц и легко распространяются по корпусным де талям механизма. Вследствие этого прослушивание акустических шумов, возникающих при работе механизма, наиболее распространенный метод определения состояния работающего оборудования. Для этого использу ется технический стетоскоп, состоящий из металлической трубки и дере вянного наушника (рис. 2.3). Один конец инструмента прижимается к кор пусу подшипника, а наушник — к уху. Этот метод настолько доказал свою надежность, что требования по прослушиванию шумов механизмов вклю чены во все правила технического обслуживания и инструкции по эксплу атации оборудования. Наиболее эффективным является сочетание полу ченной качественной картины технического состояния с количественной оценкой параметров вибрации. Это позволяет соединить субъективное мнение с объективной информацией, что обеспечивает достаточную точ ность при постановке диагноза.

Сейчас при прослушивании шумов используют электронные стетоскопы (рис. 2.4). Щуп прибо ра устанавливается на корпусе ме ханизма. Электрический сигнал, снимаемый с пьезоэлектрического датчика, подаётся на усилитель зву ковой частоты, а затем в наушни ки. По частоте и силе звука судят о наличии повреждений в контроли руемом механизме и об их харак тере. В любом случае, наиболее сложной задачей является процесс распознавания шумов и определе ния видов дефектов. Этот процесс трудно формализовать. Многое за висит от квалификации и опыта человека, использующего этот метод. Основные достоинства метода: по лучение качественной информации о техническом состоянии механизма, непосредственное включение оператора в процесс принятия решения, практическое отсутствие ошибок при обнаружении дефектов.

Сигналы, возбуждаемые колебаниями работающих механизмов, но сят импульсный характер. Увеличение зазора между сопрягаемыми дета лями приводит к перераспределению энергии по частотным диапазонам, повышению уровня сигнала на более высоких частотах. Амплитуда коле баний характеризует динамику работы кинематической пары, а также раз мер дефекта, частота — источник колебаний.

Решение задачи распознавания шумов и видов повреждений основы вается на знании характерных шумов элементов механизма.

Граф причинно следственных связей шумов и повреждений механиз ма приведен на рис. 2.5. Виды повреждений приведены в нижней части графа, выше указаны характерные шумы, определяющие данный диагнос тический признак.

Рис. 2.5. Граф причинно следственных связей шумов Характерные шумы подшипников качения 1. Незначительный ровный шум низкого тона свидетельствует о нор мальном состоянии подшипника качения.

2. Глухой прерывистый шум — загрязнённость смазки.

3. Звенящий (металлический) шум — недостаточная смазка, возни кает также при повышенном радиальном зазоре.

4. Свистящий шум указывает на взаимное трение скольжения дета лей подшипникового узла.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

5. Скрежет, резкое частое постукивание возникают при повреждени ях сепаратора или тел качения.

6. Глухие периодические удары — результат ослабления посадки под шипника, дисбаланса ротора.

7. Воющий звук, скрежетание, гремящий шум, интенсивный стук ука зывают на повреждение элементов подшипника.

1. Ровный жужжащий шум низкого тона характерен для нормальной работы зубчатой передачи. Косозубая передача в этом случае имеет ров ный воющий шум низкого тона.

2. Шум высокого тона, переходящий с увеличением частоты враще ния в свист и вой, и непрерывный стук в зацеплении происходят при ис кажении формы работающих поверхностей зубьев или при наличии на них местных дефектов.

3. Дребезжащий металлический шум, сопровождающийся вибраци ей корпуса, возможен вследствие малого бокового зазора или несоосности колёс, при износе посадочных мест редуктора.

4. Циклический (периодический) шум, появляющийся с каждым обо ротом колеса, то ослабевающий, то усиливающийся, указывает на эксцен тричное расположение зубьев относительно оси вращения. Устранить та кой шум в редукторе практически невозможно.

5. Циклические удары, грохот, глухой стук — излом зуба.

Муфты, шпоночные и шлицевые соединения Глухие толчки при изменении направления вращения соответствуют износу: шпоночных или шлицевых соединений, элементов муфт, повышен ному зазору в зубчатой передаче.

Слабые стуки низкого тона, резкий металлический звук соответству ют сколам шлицов, ослаблению шпоночного соединения, несоосноснос ти соединительных муфт. Частые резкие удары соответствуют биениям муфты, неправильной сборке карданных валов.

Шумы, характерные для подшипников скольжения:

1) нормальной работе соответствует монотонный и шелестящий шум;

2) отсутствию смазки соответствует свист высокого тона, скрежет;

3) задирам на поверхности подшипников скольжения, несоосности валов и выкрашиванию соответствуют периодические удары, резкое ме таллическое постукивание.

При смазке кольцом: 1) отсутствию смазки соответствует звенящий металлический шум; 2) повышенной вязкости масла соответствуют цик лические удары низкого тона.

Звон металлических деталей при ударе, например, молотком, исполь зуется для определения наличия дефектов. Звук, издаваемый стальной де талью, содержащей дефект — дребезжащий, более низкий и глухой по срав нению со звуком бездефектной детали, имеющей чистый, высокий звук.

Данный метод достаточно эффективен применительно к контролю затяж ки резьбовых соединений, целостности деталей простой формы. В более сложных случаях его использование ограничено.

Каждый механизм содержит две причины шумов: механического ха рактера, электрического характера. Воющий звук, исчезающий при отклю чении питания электродвигателя, указывает на повреждения в электричес кой части мотора.

Степень повреждения определяется интенсивностью шума. Шум, вы зывающий болевые ощущения при прослушивании техническим стетос копом, является пределом эксплуатации деталей. Использование электрон ного стетоскопа предполагает сравнение интенсивности шума однотипных элементов.

Указанные виды шумов в истинном виде проявляются редко. Акусти ческая картина механизма составляется из совокупности шумов всех эле ментов, определяется размерами, характером смазывания, нагрузками, температурой и другими факторами. Поэтому приведенная классификация служит исходной информацией при расшифровке конкретной акустической картины механизма. Качество расшифровки и правильность постановки диагноза зависят от квалификации, подготовленности и опыта механика.

2.3. Вибрация механизмов Наиболее информативным методом получения данных о техническом состоянии механического оборудования в настоящее время является анализ параметров вибрационного сигнала. Для решения различного уровня прак тических и исследовательских задач используются: анализ шумов механиз мов, измерение общего уровня вибрации, измерение параметров вибрации, анализ спектра вибрационного сигнала и анализ временных реализаций [8].

Предварительно рассмотрим природу возникновения механических колебаний на примере одномассовой системы (рис. 2.6). Параметрами дан ной системы являются: масса — m, жесткость — c, коэффициент демпфи рования — h. Колебания системы возможны при воздействии силы — F, переменной относительно направления колебаний. Сила F может быть и постоянной, однако параметры контактирующих поверхностей могут слу жить причиной ее периодического изменения. Например, сила тяжести при взаимодействии с изношенной поверхностью подшипника при вращении вала служит источником колебаний. Частотная характеристика колебаний укажет на характер повреждения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

Параметры колебательного процесса определяются следую щим уравнением, в котором k — частота собственных колебаний си стемы, — параметр, определяю щий демпфирующие свойства си стемы:

Повреждения в механической системе могут приводить к измене нию жесткости (например, износ деталей, ослабление резьбовых со единений), изменению коэффици ента демпфирования (в случае по явления трещин), изменению воздействующих сил (при изменении шеро ховатости контактирующих поверхностей).

Вибрационные процессы можно разделить на стационарные — опреде лённые во времени и нестационарные — не определённые во времени. Ста ционарные процессы могут быть периодическими, гармоническими или по лигармоническими и непериодическими — почти периодическими, пере ходными, а также случайными. Периодические колебания — колебания, при которых каждое значение колеблющейся величины повторяется через рав ные интервалы времени. Простейший периодический сигнал — гармони ческое колебание.

Гармонические колебания — колебания, при которых значения колеб лющейся величины изменяются во времени по закону синуса или косину са (рис. 2.7):

где А — амплитуда колебаний; — начальная фаза колебаний; — угло вая скорость.

При гармонических колебаниях: А,, = сonst. При почти гармони ческих колебаниях: А,, — медленно меняющиеся функции времени, некоторые из них могут быть постоянными, некоторые возрастающими или убывающими. Например, амплитуда, угловая скорость при запуске либо при остановке механизма.

Полигармонические колебания могут быть представлены в виде суммы двух или более гармонических колебаний (гармоник), частоты гармоник кратны основной частоте (рис. 2.8).

Рис. 2.7. Гармонический колебательный процесс Рис. 2.8. Полигармонический колебательный процесс Случайные процессы непредсказуемы по своим параметрам (частоте, амплитуде), но сохраняют свои статистические характеристики (среднее значение, дисперсию) на протяжении всего процесса наблюдения. Напри мер: кавитация в проточной части насоса, шум работающего двигателя.

Нестационарные процессы разделяются на непрерывные и кратковре менные. Это процессы, вероятностные характеристики которых являются функциями времени. Например: ударные процессы, проявление повреж дений, трещин в процессе работы.

Вибрацию классифицируют: по природе (механическая, аэрогидро динамическая, электромагнитная, электродинамическая); по конструктив ному узлу (роторная, лопаточная, подшипниковая, зубчатая).

1. Частота вибраций где Т — период (время полного цикла колебаний), с; = 2f — угловая скорость. Позволяет идентифицировать источник вибрации, повреждения.

2. Виброперемещение S (мкм) — составляющая перемещения, опи сывающая вибрацию. Виброперемещение как диагностический параметр представляет интерес в тех случаях, когда необходимо знать относитель ное смещение элементов объекта или деформацию.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

3. Виброскорость V (мм/с) — производная виброперемещения по вре мени. Виброскорость используют при определении технического состоя ния машин при измерении общего уровня вибрации. Этот параметр свя зывают с энергией механических колебаний, направленной на разруше ние деталей.

4. Виброускорение а (м/с2) — производная виброскорости по време ни. Виброускорение используют при определении степени повреждения и силы ударов в подшипниках качения и зубчатых передачах.

Взаимосвязь колебательных величин при гармонических процессах:

Основные характеристики колебательных, Размах колебаний — разность между наибольшим и наименьшим зна чениями колеблющейся величины в рассматриваемом интервале времени (двойная амплитуда).

Пиковое значение — определяется как наибольшее отклонение коле бательной величины от среднего положения.

Среднеарифметическое мгновенных значений вибрации характеризует об щую интенсивность вибрации.

Среднее квадратичное значение — квадратный корень из среднего ариф метического или среднего интегрального значения квадрата колеблющей ся величины в рассматриваемом периоде времени.

Коэффициент амплитуды, или пикфактор — отношение пикового зна чения к среднеквадратичному значению измеряемого параметра.

Измерения виброперемещения (пиковое или амплитудное, размах ко лебаний) проводят в низкочастотном диапазоне 2…400 Гц. Ориентировоч ные значения виброперемещения указаны в табл. 2.2.

При определении значений общего уровня вибрации проводят изме рение среднеквадратичного значения виброскорости в частотном диапа зоне 10…1000 Гц. Это соответствует требованиям стандарта ИСО 10816. Рег ламентируется проведение измерений в трех взаимно перпендикулярных направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом. При нормальной работе горизонтальная составляющая имеет максимальное, а осевая — ми нимальное значение. Виброскорость — для большего количества механиз мов не должна превышать 4,5 мм/с.

Значения виброперемещения и техническое состояние Значения виброскорости, определяющие границы состояний: до 4,5 мм/с — удовлетворительное; 4,5…10,0 мм/с — плохое; свыше 10,0 мм/с — аварийное. Значения приведены для работы под нагрузкой.

Для оценки состояния подшипников качения проводят измерения пи кового и среднеквадратичного значений виброускорения в частотном диа пазоне 10…4000 Гц. В общем случае: 1) хорошее состояние характеризуется значением пикового значения виброускорения — до 10,0 м/с2; 2) удовлет ворительное состояние — среднеквадратичное значение не превышает 10,0 м/с2; 3) плохое состояние наступает при превышении 10,0 м/с2 сред неквадратичного значения; 4) если пиковое значение превышает 100,0 м/с2 — состояние становится аварийным. Одним из признаков наличия значитель ных повреждений является присутствие в спектре виброускорения состав ляющих со значениями свыше 9,8 м/с2.

2.4. Контроль температуры механизмов Среди существующих методов технического диагностирования машин и механизмов тепловые методы занимают особое положение, так как до 95 % всех форм энергии, создаваемой и передаваемой машинами прямо или частично, превращается в тепловую энергию. Параметром теплового диагностирования является температура, отражающая протекание рабоче го процесса и развитие целого ряда неисправностей.

Температура — физическая величина, определяемая как параметр со стояния термодинамического равновесия микроскопических систем. Тер модинамическая температура всегда положительна и измеряется при по мощи термодинамической шкалы, единицей которой служит 1 Кельвин (°К). С общепринятой шкалой Цельсия она связана соотношением

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

где t — температура по шкале Цельсия. Цена деления шкалы Кельвина и Цельсия — одна (1°К = 1°С); абсолютный ноль соответствует t = –273,15°C.

Температура — величина экстенсивная, измеряемая косвенным обра зом в результате преобразования в какую либо интенсивную (непосред ственно измеряемую) величину, например, электрический ток.

Методы измерения температуры принято делить на две большие груп пы — контактные и бесконтактные, которые подразделяются по физичес ким эффектам, положенным в основу принципа их действия.

1. Жидкостные стеклянные термометры.

2. Манометрические термометры.

3. Дилатометрические и биметаллические термометры.

4. Термоэлектрические (термопарные) датчики.

5. Терморезисторные датчики.

6. Жидкокристаллические термоиндикаторы.

7. Плавящиеся термоиндикаторы существуют двух типов: плавкие по крытия и термосвидетели. Покрытия выпускают в виде термокарандашей, термолаков, термопорошков.

Бесконтактные методы термометрии Действие пирометров излучения основано на фотоэлектрической, ви зуальной и фотографической регистрации интенсивности теплового излу чения нагретых тел, пропорционального их температуре. Пирометры имеют объектив для фокусировки излучения, фотодетектор, светофильтры и блок электронной обработки сигнала. Калибровка пирометров проводится по эта лонным источникам (абсолютно черное тело, пирометрические лампы).

1. Яркостными пирометрами измеряют спектральную яркость объекта на определенной длине волны, которая сравнивается с яркостью абсолют но черного тела (АЧТ). В качестве АЧТ используют спираль специальной лампы накаливания.

2. Цветовыми пирометрами измеряют интенсивности излучения объек та в двух узких зонах спектра, отношение которых сравнивается с соответ ствующим отношением для АЧТ. Показания цветовых пирометров не за висят от коэффициента излучения объектов.

3. Радиационные пирометры измеряют температуру слабонагретых тел (–100…+100°С) и работают в широком спектральном диапазоне. В них ис пользуют оптические системы из материалов, прозрачных в инфракрас ной области спектра.

4. Тепловизоры применяют для визуализации изображения нагретых тел и оценки их температуры в отдельных точках методами сканирующей пирометрии.

Диагностирование по тепловым параметрам Температура нагрева корпусов механизмов как диагностический па раметр имеет две особенности: появление некоторых видов неисправнос тей вызывает повышение температуры корпуса механизма; инерционность нагрева металлических деталей, корпусов и опор не позволяет использо вать данный параметр для определения внезапных отказов и зарождаю щихся повреждений.

Правила технической эксплуатации регламентируют предельную тем пературу корпусов подшипников, которая не должна превышать темпера туру окружающей среды более чем на 40°С и быть не выше 60…80°С.

Для механизмов, имеющих циркуляционную систему смазки или ох лаждения, оценивают разницу температур масла или воды на выходе и вхо де. Это позволяет контролировать тепловые процессы, общее состояние оборудования, степень его ухудшения. Разница температур на выходе и входе не должна превышать 10…15°С.

При наличии постоянных нагрузок и скоростных режимов техничес кое состояние механизмов могут характеризовать закономерности изме нения температур при запуске. Различают три временные фазы (рис. 2.9), соответствующие неупорядоченному нагреву А, регуляр ному тепловому ре жиму В и выходу на стационарный теп ловой режим С.

Интенсивность нарастания темпера туры у неисправного механизма или узла будет выше, чем у исправного. Для ин формации об интен сивности нарастания Рис. 2.9. Характерные режимы нагрева механизма:

температуры доста 1 — исправный механизм; 2 — предел исправности;

два последователь ных измерения: на начальном участке фазы теплового режима и спустя не которое время. Допустимая интенсивность нагрева механизма в период вы хода на стационарный тепловой режим — 0,5°С/мин.

Наружная сторона кисти руки выдерживает температуру +60°С в те чении 10 с. Проверка температуры корпусов подшипников может прово

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

диться путем измерения скорости испарения нанесённых брызг воды на корпусе подшипника, легкое испарение считается предельным (+70°С).

Контроль температуры позволяет получить следующие диагностичес кие параметры: 1) абсолютное значение в локальных точках; 2) разность температур масла или жидкости на выходе и входе; 3) интенсивность на растания температуры при запуске; 4) определение цветов побежалости.

Первые три параметра могут быть определены при эксплуатации механиз ма, а последний — при остановке на осмотр.

Основные причины, вызывающие повышение температуры, группируют ся следующим образом: 1) дефекты системы смазывания: недостаточное или избыточное количество смазки; загрязнение смазки; неверно выбран смазочный материал; 2) повреждения подшипников качения: износ или повреждение колец или тел качения; разрушение сепаратора; проворачи вание подшипника на валу или в корпусе; 3) дефекты изготовления и сбор ки: отсутствие осевых зазоров; малый радиальный зазор; дефекты корпус ных деталей; защемление наружного кольца подшипника; 4) дефекты ре гулировки: подшипник сильно зажат; перекос подшипника или вала; не правильное центрирование электродвигателя с приводом; 5) повреждения уплотнительных устройств; 6) повреждения системы охлаждения или смаз ки: недостаточная подача охлаждающей воды; высокая температура воды или масла на входе.

Визуальное проявление температурного воздействия Степень нагрева детали или заготовки при термической обработке может быть определена по цвету каления. Цвета каления и соответствую щие температуры (°С) для стальных изделий: темно коричневый, слабое свечение в темноте — 530…580; коричнево красный — 580…650; темно красный — 650…730; темно вишнево красный — 730…770; вишнево крас ный — 770…800; светло вишнево красный — 800…830; светло красный — 830…900; оранжевый — 900…1050; темно желтый — 1050…1150; светло желтый — 1150…1250; ярко желтый — 1250…1300. Указанные цвета могут несколько изменяться по отношению к конкретным маркам сталей, одна ко характер изменения цветности остается неизменным.

Цвета побежалости предоставляют информацию о степени нагрева де тали во время поломки, перед отпуском или о перегреве детали во время сборки. Цвета побежалости углеродистой стали не совпадают с цветами побежалости коррозионностойких и жаропрочных сталей. Это следует учи тывать при различении соответствующей температуры (табл. 2.3).

Полнота сгорания топлива может быть определена по цвету и ха рактеру пламени. Соломенно желтый цвет факела при использовании твердого или жидкого топлива указывает на полное сгорание топлива.

Если топливо газообразное, а цвет пламени прозрачно голубой — это также свидетельствует о полноте сгорания топлива. Красный или жел тый цвет пламени, иногда с дымными полосами — результат неполного сгорания топлива.

2.5. Неразрушающий контроль деталей Методы неразрушающего контроля. Дефекты материала сопровожда ют деталь на протяжении всего периода существования. Они могут появить ся: на стадии получения заготовки (дефекты литья, дефекты ковки или про катки); на стадии изготовления (дефекты обработки, закалки); на стадии эксплуатации (усталостные трещины, хрупкое и вязкое разрушение). При этом зачастую дефекты изготовления, не обнаруженные своевременно, ре ализуются на стадии эксплуатации, приводя к внезапным отказам, оста новкам и простоям оборудования.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

Многочисленными исследованиями установлено, что детали, подвер женные циклическим нагрузкам, 90…97 % времени срока службы работа ют при наличии и развитии дефектов [9]. Даже хрупкое разрушение не про исходит мгновенно, а занимает определенный промежуток времени с мо мента зарождения дефекта до полного разрушения.

Такое постепенное накопление повреждений в материале детали по зволяет контролировать ее состояние, используя неразрушающие методы контроля. Использование этих методов позволяет не только обнаружить дефекты, но и оценить опасность повреждения, определить причину воз никновения дефекта. Знание причины позволяет, изменив технологию про изводства, исключить возможность появления подобных дефектов.

Методы неразрушающего контроля обеспечивают нахождение дефектов в материале изделия (объекта) без разрушения путем взаимодействия физи ческого поля или вещества с объектом контроля. В качестве объекта в нераз рушающем контроле наиболее часто выступает деталь или соединение дета лей (сварочный шов, покрытие, клеевое соединение). С точки зрения физи ческих явлений выделяют девять основных видов неразрушающего контроля:

магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, опти ческий, радиационный, акустический, проникающими веществами.

Магнитный неразрушающий контроль основан на анализе взаимодей ствия магнитного поля с объектом контроля. Метод применяют для конт роля объектов из ферромагнитных материалов. Свойства, которые требу ется контролировать (химический состав, структура, наличие несплошно стей и др.), обычно связаны с параметрами процесса намагничивания и петлей гистерезиса.

Электрический неразрушающий контроль основан на регистрации па раметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом (собственно электрический метод), или поля, возникающего в объекте контроля в результате внешнего воздействия (термоэлектрический и трибоэлектрический методы). Первичными информационными парамет рами являются электрическая емкость или потенциал.

Вихретоковый неразрушающий контроль основан на анализе взаимо действия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с элек тромагнитным полем вихревых токов, наводимых в объекте контроля.

Метод применяют для контроля объектов из электропроводящих материа лов. Вихревые токи возбуждаются в объекте преобразователем в виде ин дуктивной катушки, питаемой переменным или импульсным током. При емным преобразователем (измерителем) служит та же или другая катушка.

Возбуждающую и приемную катушки располагают либо с одной стороны, либо по разные стороны от объекта контроля.

Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зависят от его размеров, электрических и магнитных свойств материала, от наличия в материале нарушений сплошности, взаимного расположения преобра зователя и объекта контроля, т. е. от многих параметров.

Радиоволновой неразрушающий контроль основан на регистрации из менений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодей ствующих с объектом контроля. Обычно применяют волны сверхвысоко частотного диапазона и контролируют изделия из материалов, где радио волны не сильно затухают: диэлектрики (пластмассы, керамика, стеклово локно), магнитодиэлектрики (ферриты), полупроводники, тонкостенные металлические объекты. По характеру взаимодействия с объектом контро ля различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного излучения и резонансный.

Тепловой неразрушающий контроль основан на регистрации изменений тепловых или температурных полей объекта контроля. Метод применим к объектам из любых материалов. По характеру взаимодействия поля с объек том контроля различают методы: пассивный или собственного излучения (на объект не воздействуют внешним источником энергии) и активный (объект нагревают или охлаждают от внешнего источника). Измеряемым ин формационным параметром служит температура или тепловой поток.

Оптический неразрушающий контроль основан на наблюдении или ре гистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с объектом контроля. По характеру взаимодействия различают методы про шедшего, отраженного, рассеянного и индуцированного излучения.

Оптические методы имеют широкое применение благодаря большо му разнообразию способов получения первичной информации. Возмож ность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта. Самым простым методом является органолептический визуаль ный контроль, с помощью которого находят видимые дефекты, отклоне ния от заданных форм, цвета и т. д.

Радиационный неразрушающий контроль основан на регистрации и ана лизе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с объектом контроля. Наиболее широко используют для контроля рентге новское и гамма излучения Акустический неразрушающий контроль основан на регистрации пара метров упругих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте. Чаще все го используют упругие волны ультразвукового диапазона (с частотой коле баний выше 20 кГц), этот метод называют ультразвуковым. В отличие от рассмотренных методов здесь применяют и регистрируют не электромаг нитные, а упругие волны, параметры которых тесно связаны с такими свой ствами материалов, как упругость, плотность, анизотропия (неравномер ность свойств по различным направлениям) и др.

Контроль проникающими веществами основан на проникновении проб ных веществ в полость дефектов объекта контроля. Различают методы ка

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ

пиллярные и течеискания. Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении в полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, ски пидара), хорошо смачивающей материал объекта. Их применяют для обна ружения слабо видимых невооруженным глазом поверхностных дефектов.

Методы течеискания используют для выявления сквозных дефектов.

Визуальный контроль. Визуально обнаруживаются поверхностные де фекты — трещины, дефекты сваривания, концентраторы напряжения в виде острых зазубрин и рисок. Для выявления поверхностных трещин не обходимо предварительно подготовить поверхность в месте предполагае мого повреждения, для чего поврежденные места необходимо зачистить и отполировать, затем осмотреть с лупой. Такой осмотр дает возможность выявлять наиболее крупные трещины с шириной раскрытия 20…50 мкм.

Результаты обзора — субъективные, поскольку зависят от индивидуальных особенностей оператора и его физического состояния (степени усталости, внимательности, пунктуальности). Для облегчения обзора применяют зер кала, линзы, микроскопы, телескопы, прожекторы, бороскопы, фотоэлек трические системы, волоконную оптику.

Внешний вид трещины характеризует параметры и механику ее раз вития. Причины и обстоятельства отказов оборудования могут быть уста новлены при квалифицированном визуальном обзоре. Кроме того, может быть проведена оценка срока службы элемента и выданы рекомендации необходимости специальных ремонтных влияний и периодичности осмот ров для раннего выявления трещин.

Методы неразрушающего контроля проникающими веществами предназ начены для выявления поверхностных и сквозных дефектов в объектах кон троля, определения их расположения, протяженности и ориентации на по верхности. Подробная методика проведения контроля капиллярными ме тодами, применяемые материалы, классификация методов приведены в ГОСТ 18442 80.

Капиллярные методы делятся на люминесцентный и цветной. Осо бенность метода — выявление трещин, раковин, пор, имеющих свойства капиллярных трубок. Сущность цветного (хроматического) метода заклю чается в покрытии проверяемой поверхности проникающей жидкостью, высушивании поверхности и нанесении проявляющего покрытия. Прони кающая жидкость просачивается из трещин и окрашивает проявляющее покрытие. Примерами реагентов для реализации метода могут служить:

масло и известь, керосин и мел.

Использование флюоресцирующих, люминесцентных реагентов вме сте с ультрафиолетовым освещением дает наилучший эффект при прояв лении трещин. Проникающие красители при облучении ультрафиолето выми лучами дают зеленое свечение, которое позволяет найти тонкие тре щины (с раскрытием 1,0…10,0 мкм).

Для обнаружения поверхностных трещин применяется метод цветной дефектоскопии, который заключается в следующем. Поверхность контро лируемой детали очищается, обезжиривается ацетоном или спиртом, про тирается сухой чистой салфеткой и просушивается горячим воздухом. На очищенную контролируемую поверхность наносится кистью или аэрозолем проникающая жидкость (80 % керосина, 15 % трансформаторного масла, 5 % скипидара, дополнительно на каждый литр краски берут 15…20 г судана или жирового оранжа, красного или черного цвета). После высыхания на несенная проникающая жидкость при помощи масло керосиновой смеси и салфеток удаляется с контролируемой поверхности. После этого на сухую поверхность наносится проявляющая жидкость (раствор мела в воде — бе лого цвета). Имеющиеся поверхностные дефекты проявляются в виде окра шенных полос и извилин (трещины), точек и расплывшихся пятен (поры, шлаковые включения). Чувствительность метода позволяет выявлять дефек ты глубиной 10…30 мкм и более с минимальной шириной раскрытия 1…2 мкм. Дефекты, имеющие раскрытие более чем 0,3…0,5 мм, из за ин тенсивного вымывания проникающей жидкости из устья дефекта надежно не выявляются. Такие дефекты следует выявлять визуальным осмотром.

2.6. Визуальный осмотр Визуальный метод контроля за состоянием оборудования широко ис пользуется при поведении осмотров и ревизий машин и механизмов. Этот метод позволяет как прямым путем обнаружить неисправность, так и кос венным подтвердить наличие дефекта. Основные задачи, решаемые при визуальном осмотре: определение причин и характера разрушения и из носа деталей по виду поверхности износа или излома; обнаружение тре щин корпусных деталей, опор или основания; контроль поступления сма зочного материала, отсутствие подтеканий масла; контроль биений ва лов, муфт; контроль затяжки резьбовых соединений. Фактографические исследования излома рассматриваются как средство диагностики разру шенных деталей.

Необходимо отметить отсутствие приборов и средств, способных ре ализовать функции, выполняемые человеком при визуальном осмотре. От личительной особенностью визуального осмотра являются трудности при формализации процесса и решении задачи распознавания. Обнаружение трещин корпусных деталей, опор или оснований возможно при достиже нии размеров трещин 50…100 мкм, видимых глазом. Данные трещины мож но выявить методами неразрушающего контроля, но площадь исследуе мой поверхности столь велика, что эти методы становятся экономически нецелесообразными.