УДК 620.179.1.082.7.05

Е. В. ПАХОЛКИН

e. v. PAKHOLKIN

интеллектуализация электрических методов трибомониторинга

В статье рассмотрено одно из направлений развития электрических методов трибомониторинга. Описаны история развития и современные достижения методов. Рассмотрены проблемы с внедрением методов. Дана общая концепция интеллектаулизации трибомониторинга по электрическим параметрам.

Ключевые слова: трибомониторинг, электрические методы, интеллектуализация методов

Установленный в опоре подшипник качения является достаточно сложным объектом диагностирования, поскольку его техническое состояние определяется совокупностью различных по природе и еще до конца не изученных процессов и явлений, имеющих место в зонах трения деталей [Подмастерьев методы комплексного диагностирования опор качения. - М.: Машиностроение-1, 2001]. Сложность и разноплановость решаемых диагностических задач, с одной стороны, и стремление к получению более достоверной оценки состояния подшипников, с другой, приводят к разработке методов, основанных на различных физических принципах и использующих различные диагностические признаки и параметры. При этом методы различных групп имеют свою специфику применения, различные функциональные возможности и определенные области наиболее эффективного использования. В этой связи, для повышения достоверности диагностирования и функционального контроля при решении конкретных задач необходимо применять соответствующие совокупности (группы) различных методов.

Распространенными и интенсивно развивающимися являются электрические методы диагностиования и контроля подшипников, в основу которых заложено использование различных оценок электрических параметров флуктуирующих процессов и явлений в подшипнике в качестве диагностических. По данным проведенных предварительно патентных исследований по проблеме «технологии триботехнических испытаний и диагностики» за последние пять лет технические решения по электрическим методам составляют 24 % и 28 % составляют решения по методам вибродиагностики (от общего числа решений).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Электрические методы называют часто электрофлуктуационными, поскольку о техническом состоянии подшипника судят по параметрам флуктуаций ЭДС, емкости, активного, комплексного или магнитного сопротивления контролируемого подшипника. Эти методы обладают рядом неоспоримых преимуществ, которые заключаются в том, что объективная информация о состоянии подшипника поступает непосредственно из зон трения его деталей в форме электрического сигнала, удобного для дальнейшего преобразования. При этом нет необходимости в использовании специальных первичных преобразователей – электронное средство диагностирования подключается непосредственно к кольцам подшипника (к валу и корпусу опоры), что позволяет создавать сравнительно простые, практически безынерционные и высоко чувствительные средства диагностирования и обуславливает интенсивное развитие данной группы методов в последнее время.

Электрические методы диагностирования на современном этапе их развития обеспечивают решение большого круга практических задач диагностирования подшипников качения, среди которых комплексная оценка состояния подшипника, поиска локальных дефектов и контроль параметров регулярных макроотклонений дорожек качения их колец, оценка состояния смазки в зонах трения [Использование электрических явлений для диагностики механических узлов: Метод, рекомендации/Сост. . - М.: ЭНИМС, 1982]. Указанные задачи решаются при входном контроле новых и дефектации бывших в эксплуатации подшипников, диагностировании опор качения при выполнении механосборочных работ, в процессе испытаний и эксплуатации изделий, проведения НИР.

Виброакустические методы обеспечивают усредненную комплексную оценку состояния подшипника, а также решают целый комплекс конкретных диагностических задач, в частности, оценку структурных параметров подшипника, сформировавшихся под влиянием технологических погрешностей изготовления и сборки подшипника и подшипникового узла (отклонения от круглости дорожек качения колец, разноразмерность тел качения, зазоры и углы контактов), поиск дефектов подшипников при их эксплуатации, а также прогнозирование состояния объекта. В ряде случаев параметры вибрации регламентируются в качестве параметров технического состояния подшипника (например, ГОСТ ИСО , ГОСТ ИСО 2, ГОСТ ИСО 2 и др.). Одной из основных проблем реализации методов вибродиагностики [, Юркаускас подшипников / Под ред. .-Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1Б-ка инженера. Вибрационная техника, вып. 4)] является то, что реальный виброакустический сигнал представляет сочетание полезного сигнала и помех. Источниками последних являются колебания, возникающие вследствие неуравновешенности деталей машины или механизма, собственные колебания вращающихся деталей, упругие волны, распространяющиеся от привода и других источников, и т. п. При этом отношение амплитуды полезного сигнала к уровню помех нередко бывает невысоким при идентичности частотных спектров, что затрудняет практическое применение этих методов. Не умаляя достигнутых результатов и неоспоримых достоинств виброакустических методов, отметим, тем не менее, что их эффективность и достоверность ограничиваются сложностью выделения необходимой информации о параметрах технического состояния подшипника на фоне существенных помех, особенно в случае незначительных повреждений подшипника.

Следует отметить, что процессы и явления в зонах трения работающего подшипника, определяющие, по сути дела, его фактическое состояние, носят весьма сложный характер. Поэтому не вызывает сомнения тот факт, что ни один из методов диагностирования, в принципе, не может дать исчерпывающей информации о состоянии объекта. Каждый метод лишь в большей или меньшей степени характеризует те или иные стороны сложных процессов взаимодействия отдельных деталей подшипника, и, в зависимости от конкретной задачи диагностирования, может быть более или менее эффективным [, , Мужицкий контроль: Справочник: в 8 томах. / Под редакцией . Т. 5: книга 2: Электрический контроль. – М.: Издательский дом «Спектр», 2009. – 732 с.: ил.]. Таким образом, имеет место принципиальное ограничение достоверности диагностирования при использовании лишь одного из методов. В связи с этим в последние годы наиболее интенсивно проводятся исследования по поиску благоприятных сочетаний различных диагностических параметров для их совместного использования, по разработке соответствующих комплексных методов и средств диагностирования и неразрушающего функционального контроля.

Вопросам состава, качества, условий функционирования смазочных материалов также посвящено огромное количество работ. Имеющиеся достижения в названных областях связаны с именами таких ученых, как (Трение, износ и смазка (трибология и триботехника)), и (Трибология. Принципы и приложения), и (Трение и износ в машинах: Учеб. для вузов), и (Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов). Отдельные труды имеют большую направленность в отношении именно смазочных материалов, в том числе масел: Р. Балтенас (Моторные масла), (Автомобильные масла, смазки, присадки: Справочное пособие), и (Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник), (Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания), (Теоретические основы химмотологии). К сожалению, большинство работ не содержит материалов, посвященных контролю, испытаниям, диагностированию смазочных материалов. Многочисленные источники содержат информацию нормативного характера (описание стандартизованных методов оценки качества смазочных материалов, большинство из которых не пригодны для решения задач экспресс-контроля смазочных материалов в процессе эксплуатации). Исследования по созданию новых методов, использующих различные физические принципы контроля, ведутся и в России, и за рубежом (например, The ball bearing as a rheological test device. Kingsbury E, P. <Dev. Numer. and Exp. Meth. Appl. Tribol. Proc. 10 th Leeds-Lyon Symp. Tribol., Lyon). На настоящий момент задача создания полноценного диагностического обеспечения смазочных материалов в процессе их эксплуатации находится на начальной стадии решения.

На фоне сложившейся ситуации рассматриваемая тематика НИР имеет существенную актуальность, соответствует текущему уровню научно-технических достижений в неразрушающем контроле и смежных областях и отвечает современным требованиям и тенденциям развития методов контроля и диагностирования.

Примером развивающейся перспективной технологии обеспечения надежности промышленного технологического оборудования с узлами трения является трибомониторинг объектов по электрическим параметрам. Начало использования в качестве промышленной технологии электрорезистивной трибодиагностики, ранее являющейся преимущественно методом научных исследований, можно отнести к г., когда одна из крупнейших отечественных промышленных корпораций утвердила данный метод трибодиагностики в качестве основного при мониторинге узлов трения. Объяснением являются уникальные возможности рассматриваемого метода трибодиагностики: высокая чувствительность, не достижимая прочими методами, безынерционность в получении диагностической информации, широкие функциональные возможности в оценке технического состояния узлов трения, позволяющие реализовывать более оптимальные режимы управления технологическим оборудованием (например, использование результатов диагностики для определения индивидуальной минимально допустимой скорости работы листопрокатных станов, адаптация давления масла в подшипниках скольжения с гидростатической смазкой, реализация управления оборудованием на этапе технологического прогона после ремонтных операций, мониторинг ремонтного восстановления деталей узлов трения и многое другое).

Основными недостатками, которые сдерживают повсеместное внедрение рассматриваемых технологий – это отсутствие надежных приборных систем для промышленного применения, а также отсутствие научно обоснованного алгоритма формирования критериев интерпретации результатов диагностирования в отношении разнообразных объектов (различных узлов трения).

Решению проблемы во многом может способствовать дальнейшее совершенствование теории электрических методов трибодиагностики на основе разработки научных принципов интеллектуализации методов.

Президент Российского общества по неразрушающему контролю и технической диагностике, академик РАН к числу основных направлений развития неразрушающего контроля относит интеллектуализацию методов и средств контроля и диагностирования: «В настоящее время используют более 100 физических методов исследований, тысячи типов приборов (объем продаж – десятки миллиардов долларов). При этом в основе решения диагностических задач лежит прежде всего оптимальный выбор физического явления, дающего объективную информацию о параметре контроля или диагностирования. Важнейшей проблемой становится уже не фиксация самого факта наличия дефекта, не определение его параметров, а исследование и регистрация физических эффектов, сопровождающих зарождение и рост дефекта, то есть отражающих состояние объекта, когда он переходит в «дефектное» состояние» (Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / , , и др.; Под ред. . 2-е изд., испр. и доп. – М.: Машиностроение, 2003. – 656 с., ил.).

Таким образом, в научном аспекте интеллект методов заключается в правильном выборе физических эквивалентов (явлений), характеризующих множественные возможные состояния исследуемых объектов. На основе этого в прикладном аспекте можно проектировать интеллектуальные диагностические технологии, выбирать технические средства контроля и диагностирования узлов трения. Интеллектуализация современных методов и средств контроля и диагностирования неразрывно связана с их компьютеризацией, с переходом на экспертные диагностические системы, алгоритмической и программной основой которых должны являться планируемые результаты фундаментального исследования.

Научная и прикладная значимость. Научная проблема фундаментального характера: отсутствие теоретических положений (описаний, моделей), раскрывающих процессы и явления в узлах трения, связанные с изменением условий фрикционного взаимодействия (нестационарные переходные режимы). В практическом отношении решение проблемы представляет интерес в том плане, что подобные режимы в большинстве случаев связаны с последующими отказами узлов трения или являются их непосредственными причинами.

Научная новизна планируемых результатов фундаментального исследования заключается в создании теории и принципов получения и обработки информативных параметров электрической группы с адаптивным формированием основных признаков и характеристик, являющихся физическими эквивалентами технического состояния объекта и происходящих в нем процессов, на основе системного анализа электрических параметров и характеристик как части комплекса первичных информационных признаков, представленных, в том числе, признаками иной физической природы.

Прикладная ценность: теоретические результаты фундаментального исследования в сравнительно короткие сроки могут быть трансформированы в прикладную область – разработка современных наукоемких программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих внедрение интеллектуальных самообучающихся технологий мониторинга узлов трения, входящих в объекты, отказ которых связан с нарушением техногенной безопасности (оборудование опасных производств и технологических циклов), а также с экономическими потерями от простоев, незапланированных ремонтов и снижения качества выпускаемой продукции.