Машины и аппараты пищевых производств

Диагностические параметры

Техническое состояние машин и их сборочных единиц про­является в различных формах через множество признаков. При­знаки, характеризующие техническое состояние машин и имею­щие количественное выражение, относят к параметрам техниче­ского состояния. В их число входят:

- Структурные параметры, характеризующие структуру маши­ны, сборочной единицы или деталей и сопряжений (зазоры, на­тяги, несоосность, положения регулируемых элементов);

- Функциональные параметры, характеризующие функциони­рование машин в целом и их сборочных единиц (мощность, удельный расход энергии; давление жидкости в гидросисте­ме, продолжительность циклов или операций);

- Сопутствующие параметры процессов, сопровождающих работу машин или их сборочных единиц (параметры шума и вибраций, изменения температуры).

Любой из параметров технического состояния, входящих в перечисленные виды, если его используют непосредственно для диагностирования, является диагностическим параметром. Кроме диагностических параметров в процессе диагностирования изме­ряют также параметры, необходимые для контроля и поддержа­ния заданного режима работы объекта диагностирования. К таким параметрам, например, относят температуру рабочей жидкости в гидросистеме, давление и частоту вращения вала гид­ронасоса при определении коэффициента подачи (по результатам измерения подачи при разных давлениях в напорной магистрали). Контролируемые параметры могут и не быть параметрами техни­ческого состояния.

Основной причиной изменения технического состояния ма­шин является изменение структурных параметров. Технические обслуживания (включающие регулировочные работы) и ремонты направлены на восстановление первоначальных значений струк­турных параметров сборочных единиц машин. Структурные па­раметры, используемые в качестве диагностических, называют также прямыми параметрами. Возможность их непосредственно­го измерения без разборки сборочных единиц, как правило, очень ограничена, поэтому наиболее общим случаем является исполь­зование косвенных диагностических параметров - функциональ­ных и сопутствующих и их производных, зависимых от струк­турных и несущих необходимую информацию о состоянии объек­та диагностирования.

По степени локализации диагностические параметры делят на две группы: обобщенные и частные. Первые характеризуют общее состояние сборочных единиц и машин в целом; вторые - состояние отдельных элементов.

К числу обобщенных диагностических параметров относят мощность электродвигателя, полный КПД его привода, ток холо­стого хода.

К частным диагностическим параметрам относят амплитуды расхода мощности электродвигателя, скорость нарастания давления на кривой пульсирующего давления аксиально-поршневого насоса.

Диагностические параметры могут содержать в себе не один, а несколько признаков технического состояния.

На рис. 8.5 показано несколько примеров сигналов, парамет­ры которых используют в качестве диагностических, для деталей и сборочных единиц машин. Такими сигналами являются реали­зации различных процессов в функции времени или других вели­чин. Левые части графиков на рисунке соответствуют начально­му виду сигналов объектов диагностирования, не имеющих де­фектов, а правые - деформированным сигналам после опреде­ленной наработки объекта диагностирования в связи с износом, деградацией материалов или нарушением регулировок.

Сигнал, представленный на рис. 8.5, а, показывает изменение зазора, характерное для различных сопряжений, например шар­нирных. Диагностическим параметром является значение орди­наты 5 (зазора), которую определяют после приложения к сопря­жению определенной нагрузки с целью выбора зазора. После на­работки сопряжения люфт (зазор) в результате износа увеличивает­ся. Зазоры, если их измеряют непосредственно при помощи ме­
рительных инструментов, относятся к числу прямых диагности­ческих параметров.

Диагностический сигнал в виде функциональной зависимо­сти момента сопротивления на входном валу многоступенчатой

Начальный вид После наработки Начальный вид После наработки

Рис. 8.5. Примеры диагностических сигналов:

А — изменение зазоров различных сопряжения; 6 - зависимость момен­та сопротивления на входном вапу многоступенчатой зубчатой пере­дачи от угла поворота вала; в - частотные характеристики парамет­ров вибраций зубчатой передачи; г - огибающие накопленных вибросиг­налов подшипника качения в функции угла поворота; д - зависимость силы торможения от силы нажатия на тормозной диск в сепараторе; е - характеристика нагрева гидравлической жидкости на выходе насо­са, ж - токовременные характеристики срабатывания электромаг­нитного реле, з — изменение сопротивления изоляции обмотки во време­ни от момента приложения испытательного напряжения; S — зазор; Q> - Угол поворота; М - момент; 0 - уровень вибрации;/- частота; РТ—ста торможения; Рн - сила нажатия на тормозной диск сепаратора; Т - температура; I - сила электрического тока; R— сопротивление

Зубчатой передачи от угла поворота вала показан на рис. 8.5, б. В качестве диагностических параметров здесь используют длины ф] фб ступенек стабилизации момента. Длина каждой ступеньки пропорциональна величине углового зазора (люфта) в каждой паре зацепления. Дополнительная информация о механических потерях в передачах, в частности о регулировке подшипников, может быть получена из этого сигнала при измерениях углов на­клона кривых нарастания момента сопротивления.

Рис. 8.5, в показывает изменение частотных характеристик параметров вибраций зубчатой передачи. На графиках отложены уровни параметров вибраций при работе передачи на определен­ных скоростном и нагрузочном режимах. В результате износа передачи меняются уровни сигналов на выбранных частотах fj - f7. Если установлены связи дефектов с изменениями уровней вибро­сигналов на этих частотах, то по уровням можно определить со­стояние диагностируемых передач, близость к допустимому или предельному состоянию.

На рис. 8.5, г представлены огибающие накопленных (много­кратно зарегистрированных) вибросигналов подшипников каче­ния в функции угла поворота вала при фиксированной частоте вращения. Накопленный вибросигнал исправного подшипника имеет вид периодической кривой, каждый период которой соот­ветствует прохождению шариками зоны нагружения. При появле­нии радиального зазора после наработки огибающая накопленно­го сигнала в результате упорядочения ударов принимает иной вид. Изучив характер деформации накопленного вибросигнала от вида дефектов, можно качественно и количественно оценить состояние подшипников.

Диагностический сигнал, связывающий изменение давления штока и давление в гидравлической системе, показан на рис. 8.5, д. При отсутствии дефектов в гидросистеме кривые прямого и об­ратного хода поршня почти совпадают. Диаграмма, показанная в правой части рисунка, характеризует работу поршня при засоре­нии гидравлической системы.

Графики, показанные на рис. 8.5, е, иллюстрируют темп и ве­личину нагрева гидравлической жидкости на выходе из насоса соответственно при высоком КПД и при сниженном КПД от из­носа узла подачи жидкости после наработки. Здесь в качестве диагностических параметров могут быть использованы как по­стоянная времени кривой нагрева (при стабилизированном режи­ме нагружения), так и значение перепада температуры на насосе.

Токовременные характеристики (рис. 8.5, ж), полученные при срабатывании реле или контактора в цепи электрического привода, несут информацию о состоянии электромеханической системы реле или контакторов. При подаче на обмотку диагно­стируемых реле или контактора напряжения ток в цепи обмотки возрастает по экспоненциальной кривой. После начала движения якоря уменьшается зазор в магнитной системе и ток убывает. Вторая экстремальная точка кривой соответствует полному сра­батыванию электромеханической системы. Затем ток по закону начальной экспоненциальной кривой достигает установившегося значения. При наличии дефектов в электромеханической системе реле или контактора ход токовременной характеристики иной, в частности она может иметь более двух экстремумов, как показано на правой части графика, рис. 8.5, ж.

Изменение сопротивления изоляции электрических уст­ройств, в частности обмоток, происходит по экспоненциальному закону (рис. 8.5, з) после приложения испытательного напряже­ния. Постоянная времени этого процесса характеризует деграда­цию электрических характеристик изоляционных материалов, а также степень их поверхностного или объемного загрязнения и увлажнения. При ухудшении электрических характеристик не только снижается установившееся значение сопротивления изо­ляции, но и уменьшается постоянная времени процесса установ­ления, как это показано на правой части графика рис. 8.5, з.

Рассмотренные примеры показывают, что в качестве диагно­стических параметров используют:

- единственное значение сигнала (рис. 8.5, а, е), если в качестве параметра используют установившееся значение сигнала;

- несколько значений одного сигнала для определения состоя­ния разных элементов объекта диагностирования (рис. 8.5, б)

- совокупность дискретных значений сигналов для локализа­ции дефектов одного объекта диагностирования (рис. 8.5, в)

- нормированные характеристики сигнала, например крутизну на­растания (рис. 8.5, б) или постоянную времени (рис. 8.5, е, ж, з);

- множество значений сигнала, в результате сравнения полу­ченного при диагностировании сигнала с его эталонным зна­чением (метод эталонных осциллограмм, рис. 8.5, г, д, ж).

К числу наиболее простых, в смысле применяемых средств измерения относится использование единственного значения ди­агностического сигнала и использование эталонных осцилло­грамм. В последнем случае с помощью простых аналоговых средств измерения получают очень большой объем информации об объекте диагностирования.

По характеру изменения диагностические параметры можно разделить на статические и динамические. Первые характерны для диагностирования в установившемся режиме функциониро­вания объекта диагностирования, а также при некоторых видах тестовых воздействии на объект диагностирования. Вторые ха­рактерны для диагностирования по характеристикам переходных процессов, получаемых в результате специальных изменений ре­жимов функционирования объекта диагностирования.

Выбор диагностических параметров производят разными способами. В качестве обобщенных диагностических параметров чаще всего используют параметры технического состояния сбо­рочной единицы или машины в целом, значения которых регла­ментированы технической документацией на данный объект. На­пример, обобщенным диагностическим параметром насоса гид­равлического привода может быть значение полного КПД или коэффициента подачи. Допустимые и предельные значения этих параметров приводятся в паспортах насосов.

При выборе из нескольких параметров учитывают информа­тивность (т. е. насколько полно выбранный параметр характери­зует состояние объекта диагностирования), а также сложность их измерения. В том же примере коэффициент подачи является по­казателем объемных потерь, а полный КПД учитывает не только объемные, но и механические потери. Но средства измерения ко­эффициента подачи в настоящее время разработаны более полно. Учитывая, что величина механического КПД в процессе эксплуа­тации практически неизменна, в качестве диагностического па­раметра для оценки общего состояния насоса можно принять ко­эффициент подачи.

При выборе частных диагностических параметров исполь­зуют один из методов анализа логического описания объекта ди­агностирования.