Диагностические параметры. 
Технологическое оборудование молочной отрасли. 
Монтаж, наладка, ремонт и сервис

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 параметрое — 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 s (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 мерительных инструментов, относятся к числу прямых диагностических параметров.

Диагностический сигнал в виде функциональной зависимости момента сопротивления на входном валу многоступенчатой зубчатой передачи от угла поворота вала показан на рис. 8.5, б. В качестве диагностических параметров здесь используют длины ф_а ф₆ 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 /_х — /₇. 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.

ние. 8.5. Примеры диагностических сигналов:

а — изменение зазоров различных сопряжения; б — зависимость момента сопротивления на входном валу 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; ср — угол поворота; М — момент; 0 — уровень вибрации;/— частота; Р_т— сила торможения; Р_и — сила нажатия на тормозной диск сепаратора; Т — температура; I — сила электрического тока; R — сопротивление.

На рис. 8.5, г представлены огибающие накопленных (многократно зарегистрированных) вибросигналов подшипников качения в функции утла 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 упорядоче

ния 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.