Лекция - Техническая диагностика, контроль и испытания машин и о. Техническая диагностика, контроль и испытания машин и оборудования
 Скачать 31.06 Kb.
|
|
Лекция 7 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА, КОНТРОЛЬ И ИСПЫТАНИЯ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ Общая характеристика методов получения : информации о надежности оборудования Работа по обеспечению надежности должна носить комплексный характер, охватывая все стадии жизненного цикла оборудования. При этом необходимо исходить из принципа, что -надежность закладывается при проектировании оборудования, обеспечивается при изготовлении, восстанавливается и поддерживается при эксплуатации и ремонте. В зависимости от способа получения исходных данных методы определения показателей надежности подразделяются на расчетные, , экспериментальные и расчетно-экспериментальные. : Расчетные методы являются наиболее перспективным источником получения информации о будущем поведении машины. Они основаны на вычислении показателей надежности по справочным данным о надежности составных частей с учетом функциональной структуры и видов разрушения, по данным о надежности изделий-аналогов; по результатам экспертной оценки и другой информации, имеющейся к моменту оценки надежности. Только расчетным путем можно судить о надежности машины и ее возможных конструктивных вариантов на стадии проектирования, до минимума свести время, необходимое для определения показателей надежности оборудования, выявить основные взаимосвязи между показателями надежности и параметрами, характеризующими конструкцию, технологию, режимы и условия эксплуатации машин. Однако расчетный метод, получивший большое распространение для радиоэлектронных устройств, в машиностроении не оформился в инженерный ввиду сложности проблемы. Это связано с невысокой точностью определения параметров динамических, износовых, усталостных и других вредных процессов, происходящих в машине, с отсутствием необходимого объема опытных данных о влиянии процессов различной скорости на трансформацию показателей ее технического состояния, а также данных о надежности многих комплектующих элементов и узлов. Экспериментальные методы основаны на использовании для определения показателей надежности статистических данных, полученных при стендовых испытаниях машин на надежность, или данных опытной или подконтрольной эксплуатации. Эти методы являются основными для определения и контроля численных значений показателей надежности во всех случаях. Вся информация, полученная как в процессе эксплуатации машин, так и на различных этапах их создания и отработки, является основой знаний, на которых базируется проектная и производственная деятельность предприятия. Дальнейшее развитие деревообрабатывающего станкостроения и эффективная эксплуатация оборудования уже невозможны без проведения тщательных экспериментальных исследований на надежность вновь создаваемых, модернизируемых или выпускаемых серийно машин в условиях станкозаводов и деревообрабатывающих предприятий. В настоящее время одной из основных задач при проведении стендовых испытаний на надежность является разработка ускоренных методов определения количественных значений показателей надежности. Это объясняется тем, что при современных темпах совершенствования оборудования эксплуатационные испытания малоэффективны, поскольку их продолжительность, определяемая необходимостью накопления необходимых объемов информации, сопоставима со сроками появления новых улучшенных моделей машин этого типа. Расчетно-экспериментальные методы основаны на вычислении показателей надежности по исходным, определяемым экспериментальным путем данным. По существу это сочетание двух рассмотренных выше методов. Они применяются в случаях, когда по техническим, экономическим или организационным причинам невозможно проконтролировать показатели надежности экспериментальными методами с заданной точностью. В качестве дополнительных данных может использоваться разнородная информация о надежности оборудования, накапливающаяся в процессе разработки, производства, испытаний и эксплуатации. Следует отметить, что расчетные методы позволяют получить, скорее, качественную оценку уровня надежности различных конструктивных вариантов машины с последующим принятием решения о выборе лучшего варианта (или вариантов) для экспериментальных исследова-. ний надежности. Техническая диагностика, контроль и испытания как средства поддержания надежности Основными источниками получения информации о надежности являются эксплуатационные и стендовые испытания, главная цель которых — определение уровня надежности машины и выявление причин, снижающих этот уровень. В процессе испытаний определяют фактические сроки службы основных деталей машины и, как следствие, наименее долговечных; устанавливают причины отказов машины и их физическую сущность, исследуют динамику износа основных деталей и узлов, рассчитывают показатели надежности и закономерности их изменения во времени, проводят сравнительный анализ работоспособности альтернативных вариантов конструкции. Однако испытания имеют ряд недостатков, не позволяющих их эффективно использовать во всех случаях. Во-первых, это длительность испытаний на надежность. Даже ускоренные испытания на форсированных режимах длятся десятки и даже сотни часов, что делает их непригодными для получения оперативной информации. Не говоря уже об эксплуатационных испытаниях, продолжительность которых несколько месяцев. Во-вторых, испытания, как правило, проводятся на объектах испытаний и в условиях, лишь в главных чертах адекватных реальным. Особенно это относится к ускоренным испытаниям с нагрузочно-ими-тирующими устройствами. В-третьих, широкий диапазон условий и режимов эксплуатации, а также вариация начальных показателей качества машины приводят к значительной дисперсии в скоростях, потери его работоспособности и соответственно во времени достижения машиной предельного состояния. И, наконец, в-четвертых, испытания трудно применимы для автоматических линий с разнообразными видами механической обработки (резанием, склеиванием, отделкой и др.). Испытания же отдельных элементов линии несколько менее точны вследствие отсутствия взаимовлияния этих элементов. Поэтому весьма важно иметь методы и средства для оценки технического состояния машины в данный момент. Это позволяет выявить причины нарушения работоспособности, установить вид и место возникновения отказа, определить остаточный ресурс машины и т. п. Эти задачи решаются методами диагностирования, применение которых, особенно для сложных систем, позволяет получить большой экономический эффект за счет более полного использования потенциальных возможностей машины и учета конкретных ее свойств и условий эксплуатации. Техническая диагностика является важным средством обеспечения надежности. Для сложных технических систем все более возрастает необходимость решения задач технической диагностики на этапах проектирования, производства и эксплуатации. Другим важным средством повышения надежности является контроль. Системы контроля включают: системы производственного контроля; системы контроля и диагностики, используемые при подготовке машины к эксплуатации; системы оперативного контроля и управления функционированием и др. Испытания, диагностирование и контроль являются взаимодополняющими операциями, решающими в конечном счете одну задачу — обеспечение и поддержание надежности оборудования. Покажем это на нескольких примерах. Диагностирование невозможно без предварительно проведенных испытаний, поскольку необходимо получить эталонные образцы параметров машины при различных ее технических состояниях. Ресурсные испытания, проведенные по единой программе и методике, позволяют получить всестороннюю информацию о состоянии машины в течение длительного периода, оценить ее основные характеристики и динамические свойства, проверить возможность диагностирования зарождающихся дефектов и реальность сделанных прогнозов, что важно для совершенствования методов диагностирования данного вида машин. Одни методы диагностирования не всегда дают полную картину, особенно при прогнозировании остаточного ресурса. В этот момент целесообразно дополнить их кратковременными испытаниями, ускоренными или натурными. В то же время диагностические проверки органично входят во все виды испытаний. Элементы контроля фактически присутствуют во многих видах испытаний и диагностических процедур. Общая схема, цели и задачи диагностики, контроля и испытаний на стадиях изготовления и эксплуатации оборудования На стадии создания опытного образца экспериментальные исследования и испытания классифицируют на поисковые (исследовательские испытания), экспериментальную обработку (доводочные испытания) и завершающие испытания (справочные). К числу поисковых экспериментальных исследований относят исследования, связанные с изучением отдельных свойств объекта: динамики конструкции, износа подвижных соединений и т. п. Основными задачами доводочных испытаний являются выбор наилучшего варианта, исследование его работоспособности во всем диапазоне внешних эксплуатационных и внутренних воздействий, определение ресурса. Условия этих испытаний могут только в главных чертах соответствовать реальным. Завершающие (натурные) испытания проводят на образцах, изготовленных по документации, передаваемой в серийное производство, в условиях, максимально приближенных к условиям реальной эксплуатации. Эти испытания дают наиболее полное представление о надежности машины в целом и ее элементов. Испытываемую сложную систему представляют в виде многоуровневой структуры и многоэтапного процесса отработки. На нижнем уровне структуры испытывают простейшие конструктивные элементы. На последующих уровнях испытывают системы, функционально связанные группы систем, изделие в целом. При этом проверяют взаимодействие на каждом уровне структуры. Наибольшие трудности использования результатов экспериментальных исследований на стадии отработки для оценки и контроля надежности объясняются малым числом выделенных образцов и небольшой продолжительностью испытаний, а также отличием, особенно на ранних стадиях отработки, условий испытаний от реальных условий эксплуатации. Изделия, успешно прошедшие конструкторскую разработку, экспериментальную отработку и государственные испытания, передаются в серийное производство. Основной задачей последнего является сохранение в процессе изготовления оборудования всех заложенных в документацию на стадии проектирования свойств качества и надежности, а в дальнейшем по результатам производства и эксплуатации — повышение надежности машин. Одним из важных вопросов обеспечения и контроля качества продукции является выбор номенклатуры показателей, в которую входят и показатели надежности. Для определения значений показателей качества широко используются экспериментальные методы — ускоренные стендовые испытания, в том числе и автоматизированные, и статистические методы контроля качества, неразрушающие методы контроля. Важным направлением повышения надежности выпускаемого оборудования являются тщательная разработка и безусловное внедрение в заводскую практику методики проведения ускоренных испытаний на стадии его создания. Основополагающим в ускоренных испытаниях является принцип инвариантности, устанавливающий не изменяющиеся от партии к партии характеристики изделий. На основе этого принципа может быть обоснована возможность использования для других партий установленного на стадии предварительных исследований способа пересчета результатов ускоренных испытаний к нормальным условиям. Не менее актуально создание автоматизированных стендов для контроля оборудования на сборочных линиях с целью повышения надежности и ускорения сборки. При этом целесообразно упрощать стенды и сокращать число контролируемых параметров. На контрольно-диагностических стендах часто целесообразно выполнять ряд технологических операций: регулировки, балансировки, обкатки и тренировки и др. Главной задачей при эксплуатации оборудования является постоянный контроль и поддержание его технического состояния и надежности на уровне, достаточном для выполнения им заданных функций. При этом на первый план выходит разработка комплексных методик диагностирования и создание типовых информационно-измерительных систем для контроля и диагностирования оборудования. Эти системы оснащаются разнообразными датчиками, описание которых дано в следующей главе. Но даже при наличии этих датчиков, встроенных в оборудование, остается ряд проверок, для проведения которых надо проводить испытания машин. ИСПЫТАНИЯ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ КЛАССИФИКАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ Виды, цели и задачи испытаний оборудования на надежность Экспериментальные методы определения показателей надежности основаны на испытаниях, которые в зависимости от поставленных целей подразделяются на определительные, контрольные и исследовательские. По уровням проведения испытания бывают государственные, межведомственные и ведомственные. Определительные испытания на надежность опытных образцов оборудования проводят, как правило, в составе предварительных и (или) приемочных испытаний. Цель определительных испытаний состоит в определении значений показателей надежности с заданными значениями характеристик точности и достоверности (доверительной вероятности). Кроме того, по результатам испытаний выявляется наиболее рациональная конструкция машины, определяются ее технические возможности, проверяется работоспособность узлов и механизмов, исследуется динамика процессов изнашивания; выявляются элементы, узлы и агрегаты, лимитирующие надежность; определяется период приработки и др. При этом, что особенно важно, определительные испытания необходимо приблизить к стадии разработки машины. Контрольные испытания на надежность на этапах постановки оборудования на производство и серийного выпуска проводят самостоятельно или в составе квалификационных, аттестационных, инспекционных (в том числе периодических) испытаний. Цель контрольных испытаний — контроль соответствия продукции требованиям по надежности, приведенным в технических условиях с учетом результатов определительных испытаний. Кроме того, по результатам испытаний контролируется стабильность качества изготовления машин, проверяется возможность поставки оборудования потребителю и др. Исследовательские испытания на надежность проводятся с целью определения предела выносливости деталей, выявления закона распределения ресурса деталей и элементов, изучения закономерностей процессов. В общем случае в зависимости от места проведения и принятой методики испытания на надежность подразделяются на стендовые, полигонные и эксплуатационные Стендовые испытания — это испытания машины, проводимые на испытательном оборудовании, под которым понимается техническое устройство для воспроизведения программ, режимов и условий испытаний. Они, как правило, проводятся на экспериментальных участках базовых испытательных подразделений и в лабораториях НИИ, СКБД и позволяют получать данные о надежности в относительно короткий срок. Стендовые испытания дают возможность гибко менять и контролировать характер и уровень нагрузочного фактора, применять сложные измерительные приборы для многофакторного контроля параметров технического состояния. К недостаткам стендовых испытаний следует отнести сложность воспроизведения всего спектра режимов нагружения и условий эксплуатации, а также ограничение по количеству одновременно испытываемых объектов (особенно при испытаниях машин в сборе). Эксплуатационные испытания — это испытания машины, проводимые при эксплуатации на предприятии. Испытания в эксплуатации при правильной методике сбора и обработки больших объемов информации позволяют получить достоверные сведения о надежности машин, режимах и условиях их работы, типичных отказах и их физической сущности и др. Однако многократные (последовательные) и однократные испытания на надежность в условиях эксплуатации связаны с известными организационными трудностями и требуют продолжительного времени, учитывая сравнительно высокие сроки службы современных машин. При проведении эксплуатационных испытаний, особенно при ограниченном объеме выборки, сложно обеспечить статистическую однородность партии объектов испытаний. Испытываемое оборудование, как правило, имеет рассеивание начальных параметров технического состояния и эксплуатируется в несколько различающихся условиях и режимах работы; сложно обеспечить идентичный уровень качества и эффективность работ по техническому обслуживанию и ремонту машин, что сказывается на точности определения исходных данных для расчета показателей надежности. Обычно рекомендуется проведение комплексных испытаний с рациональным сочетанием стендовых и эксплуатационных испытаний, взаимно дополняющих друг друга и позволяющих повысить точность оценки показателей надежности. Полигонные испытания. Это методы контроля, реализуемые на испытательных полигонах – отведенной для проведения испытаний территории. Чаще всего полигонный контроль применяется для испытаний военной техники, взрывчатых веществ и т. д. Объекты испытаний В качестве объектов испытаний на надежность могут быть выбраны образцы, сопряжения и кинематические пары, функциональные узлы оборудования, машина в целом и системы машин. Одновременно это должны быть однотипные объекты, не имеющие конструктивных и других различий, изготовленные по единой технологии и испытываемые в идентичных условиях. Задача выбора объекта испытаний должна решаться в каждом конкретном случае исходя из реальных возможностей производства, необходимой точности воспроизведения характера и уровня нагруже-ния, необходимости исследования влияния процессов различной скорости на выходные параметры машины, например, технологическую точность и т. д. На образцах, как правило, проводятся испытания свойств материалов деталей и элементов, определяющих надежность машины. Могут исследоваться показатели коррозионной стойкости, усталостной прочности, износостойкости и другие характеристики. Сопряжения и кинематические пары (направляющие качения и скольжения, шарниры, подшипники; зубчатые, цепные и ременные передачи) устанавливаются на испытания при необходимости выявления влияния конструктивных, технологических факторов, режимов и условий работы на ресурс данных пар и сопряжений. Узлы оборудования подвергаются испытаниям в случае необходимости учета влияния (взаимовлияния) отдельных деталей и элементов конструкции узла на показатели его надежности. Объектами поузло-вых испытаний могут быть шпиндельные узлы, коробки перемены передач, механизмы резания, подачи, базирования, фиксации и др. Машина в целом испытывается, когда целесообразно учитывать все взаимодействия ее механизмов, узлов, агрегатов и систем (электрической, пневматической, гидравлической и др.) в процессе работы, а также выявить влияние режимов и условий эксплуатации на показатели надежности. Системы машин (автоматические линии столярно-строительного, мебельного и других производств) ставятся на испытания при необходимости определения показателей надежности с учетом взаимодействия отдельных машин, связанных в единый технологический комплекс. Испытания на надежность состоят, по существу, в выявлении работоспособности определенной группы «слабых» мест, наименее стойких узлов и деталей, номенклатура которых зачастую известна заранее. Если испытанию на надежность подвергать только эти «слабые» места, будет достигнута определенная экономия времени и средств. Поэлементная схема испытаний обеспечивает преемственность результатов испытаний при использовании в новой конструкции старых элементов и деталей. Эта схема испытаний наиболее эффективна на стадии отработки отдельных узлов машины, поскольку позволяет получить данные для конструкторской и технологической доводки. При испытаниях деталей и элементов имеется возможность значительно увеличить объем выборки, получить тем самым необходимый статистический материал и повысить достоверность результатов. Недостаток поэлементной схемы испытаний — сложность воспроизведения взаимовлияния сопряженных с испытываемым элементов, невозможность установления физической сущности зависимых отказов и влияния качества сборки узла на его надежность. Учитывая, что в значительной степени надежность машин и оборудования определяется износовыми процессами в узлах трения, наиболее эффективными следует признать стендовые испытания отдельных узлов и механизмов. Это позволяет достаточно просто воспроизводить характер и уровень нагрузок с помощью несложных нагрузоч-но-имитирующих устройств, учитывать взаимовлияние конструктивных элементов в работе узла. При таких испытаниях значительно меньше искажается общая картина действия внешних сил, а следовательно, неизменной остается природа процесса разрушения. Испытания узлов более оправданы экономически и, кроме того, результаты испытаний могут быть распространены на аналогичные узлы других машин и учтены при их совершенствовании. Испытания всей машины позволяют проверить, как работают узлы и детали в общей компоновке, и получить данные о надежности всей машины. Испытания машины в сборе совершенно необходимы при проведении исследований параметрической надежности, когда только в комплексе можно оценить влияние динамических и износовых процессов и их изменение во времени на показатели технического состояния машины, включающие и качественные характеристики получаемой продукции- Недостаток этого вида испытаний—экономическая нецелесообразность разрушения всех испытываемых машин и необходимость создания сложных нагрузочно-имитирующих устройств. На практике при обработке опытных образцов машин и оборудования оказывается целесообразным проведение одновременно параллельных стендовых испытаний нескольких образцов (например, при выборке наиболее эффективных пар трения по износостойкости), нескольких конструктивных вариантов функциональных узлов и машины в целом. Это сокращает общую продолжительность испытаний, позволяет для образцов и функциональных узлов использовать форсированные режимы испытаний, в короткие сроки получить сравнительные данные о надежности различных конструктивных вариантов, выполнить модернизацию машины с последующим продолжением ее испытаний на надежность. |