Динамическая диагностика машинных агрегатов горного оборудования

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

----------------------------------- © Б. Л. Герике, П. Б. Герике,
В. Н. Шахманов, 2011
Б. Л. Герике, П. Б. Герике, В.Н. Шахманов
ДИНАМИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА МАШИННЫХ АГРЕГАТОВ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Исследованы основы диагностики уникальных объектов. Полученные характеристики свидетельствуют о высокой надежности постановки диагноза о техническом состоянии объекта.
Ключевые слова: динамическая диагностика горного оборудования, вибродиагностика оборудования, прогнозирование остаточного ресурса горного оборудования.
Ж^Желью диагностики технического состояния является своевременное выявление зарождающихся дефектов машинного агрегата и оценка степени их опасности, что позволит планировать необходимые ремонтные остановки наиболее экономным способом (так называемое профилактическое или упреждающее обслуживание).
В основе диагностики технического состояния машинного агрегата по параметрам механических колебаний лежат два основных постулата: все работающее оборудование вибрирует и связано это с неточностями изготовления, сборки и монтажа, а также ошибками эксплуатации машинного агрегата- вибрационные процессы машинного агрегата несут в себе полную информацию о характере дефектов и степени их опасности.
Важнейшими задачами повышения надежности технологического оборудования являются [1]:
— исследование механизмов повреждений-
— информация о запасе прочности для прогнозирования остаточного ресурса работоспособности-
— принятие стратегии упреждающего (профилактического) обслуживания-
— улучшение обмена информацией между промышленными предприятиями, занятыми в одинаковых областях производства и эксплуатирующими однотипное технологическое оборудование.
Диагностика машинных агрегатов обеспечивает необходимую информационную базу для этих задач, так как позволяет проводить:
— оценку фактического технического состояния машины-
— распознавание признаков развивающихся повреждений-
— идентификацию причин появления дефектов и поврежденных конструктивных элементов машинного агрегата-
— прогнозирование ресурса остаточной работоспособности.
Однако недостаточно развитая нормативная база для оценки
технического состояния по параметрам вибрации, а также полное отсутствие наработок в области экспертных оценок типов дефектов и степени их опасности пока не позволяют внедрить прогрессивную форму упреждающего обслуживания машинных агрегатов горного оборудования. В этом случае вполне обоснованно и целесообразно воспользоваться понятием «уникальный объект» диагностики [2], который предполагает отсутствие (по разным причинам) надежных эмпирических эталонов, на основе которых можно принимать диагностические решения и относить результаты измерений к видам состояния.
Исходной идеей диагностики состояния уникальных объектов стала феноменологическая модель взаимодействия режущего инструмента с разрушаемым забоем (именно так, а не с массивом, поскольку геометрия обнажений играет в модели основную роль), для которой впервые построены границы различных технических состояний системы «привод рабочего инструмента — рабочий инструмент — разрушаемый забой». Модель предложена в [3], из неоднократных использований отметим [4, 5], полная разработка приведена в [6]. В современной форме ее можно представить уравнением
/ 0) + ^ & lt-/ = СV0№ + ^),
где / (/) — реакция, формирующаяся на инструменте при взаимодействии с забоем-) — скорость резания- г0, С, % - параметры взаимодействия (но не инструмента и не забоя!), соответственно, постоянная времени распространения напряжений, жёсткость и вязкость.
Полезность модели иллюстрируется для случая v (t) = v0 = const, когда реакция описывается решением
f (t) = Vo jet + (S- T)
Форма импульса определяется знаком коэффициента S — Ст0 или соотношением величин т0 и постоянной времени распростра-
S /
нения деформаций TD = ус '- Одновременно установлена связь
соотношений т0 & gt- TD и т0 & lt- TD с конфигурацией забоев и геометрией инструмента. Такой постановкой был создан прецедент определения видов состояния без привлечения эмпирических эталонов.
Подход был развит [6, 7] для диагностики состояния произвольных систем «индентор — опора» или, иначе — «сопряжений» при v (t) Ф const. Здесь картина усложнилась из-за появления характеристики изменения скорости внедрения TV и диагнозы стали выражаться областями в пространствах параметров: Т0 & lt- TD & lt- TV —
TV & lt- Т0 & lt- TD — Т0 & gt- TD.
Понятно, что на этом этапе пришлось отказаться от термина «вибродиагностика» и говорить просто о диагностике или динамической диагностике.
С моделями взаимодействия удалось связать концепцию инвариантных диагностических признаков, выявление которых мало зависит от точности измерений. Например, при устойчивом состоянии системы т0 & lt- TD реакция должна иметь максимум в пределах
этапа деформирования сопряжения 0 & lt- tmax & lt- T. Таким образом,
для уникальных объектов диагностические признаки должны быть похожими на явление типа закипания — вне зависимости от того, какая жидкость, какие внешние условия и какая горелка — устанавливается факт фазового перехода или перехода к другому виду состояния. Следовательно, диагноз трактуется как заключение о виде состояния, а не как совокупность результатов измерений.
В вибродиагностике горных машин старательно умалчивается тот факт, что измерения, производимые на корпусах, не
0 & lt- t & lt- T-
Рис. 1. Структурная схема формирования моделей
характеризуют состояние внутренних элементов и узлов, которые представляют интерес. Нелинейность связей искажает не только оценки амплитуд, но и фаз и направлений колебаний. Достаточно незначительно сместить точки измерений, чтобы в ряде случаев получить противоположные заключения. В этом случае для принятия решений с достаточным уровнем доверительной вероятности необходимы оценки многомерных законов распределений параметров колебаний, что не удается в практических случаях сделать по техническим причинам.
Компромиссный подход, развитый в [7], предлагает диагностировать явления структурных изменений, возникающих в машинных агрегатах между последовательными диагностическими измерениями.
Пусть граничные виды динамических процессов описывается феноменологической моделью вида
П
x"(t) = П-11J exp (^-1J- t ^ 0- n = 1,2,3,…
При изменении параметра n положение максимума последовательно смещается с шагом, определяемым временным параметром т, 2 т, 3 т,…, что и образует различимый и достоверный диагностический признак изменений. Вместе с тем можно убедиться, что в операторной форме такие модели формируются на выходе последовательностей одинаковых звеньев с простейшими передаточными функциями (рис. 1)
Отсюда видно, что дискретное смещение максимума на т является значимым, поскольку в его основе лежит изменение числа степеней свободы системы (как правило, необратимое явление).
100 ZOO 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 msec
Рис. 2. Реализации составляющих вибрации
Предложено несколько вариантов последовательностей сигналов с различными амплитудными и временными соотношениями, которые удается выбирать в рамках рабочих гипотез на начальных стадиях изменений динамических процессов. Опыт применения данного подхода позволяет распространить его на другие физические типы процессов.
Развитием методологии диагностики уникальных объектов для механизмов роторного типа явилась разработка структурных схем формирования координатных составляющих колебаний оси ротора [7]. С учетом различных технических ограничений удается выделить вполне обозримые наборы моделей диагнозов, любому из которых ставятся в соответствие системы дифференциальных уравнений, а значит достаточно полный анализ состояния. При этом алгоритм диагностики заключается в следующем:
— определение граничных модельных годографов для скелетной кривой-
— построение механических схем координатных составляющих вибрации
— инженерная интерпретация механических схем — определение типа дефекта.
! & gt-!г-'- ¦ ¦ ! !
]-«: ?¦
! ! А г'-. 1 1 г' & quot-'-К. ¦*! ¦ ¦¦ -! ¦'- Г. /:---» г
: * 1 г * '- * | # 1 1 ! 1 — ! 1 Г* '- '- & quot- ¦ & lt-: -5- ! & gt- 1 * ¦& quot- 1: д".
: -г* '- !'- '- 1 '- ! у--: ¦
Й ?'- ''- ! • '-. .¦ ¦
!¦ '- !
* / Г Т 4. Л- - | -ч 4 1 ¦ ^ у ¦ ¦ 1 V1& quot- -*7'- ¦'- ч- 4 «¦ ¦ ! •
& quot- ! ! 1 1
-4−3-2−10 123
тт/вес
Рис. 3. Оценка годографа вибрации
Алгоритм использования моделей диагнозов можно проиллюстрировать на практическом примере: на рис. 2 приведены реализации координатных составляющих вибрации на опоре турбины, из которых суперпозицией дискретизованных значений построена оценка траектории (рис. 3).
После простейшей обработки годограф преобразуется в скелетную кривую (рис. 4), по свойствам занимающую промежуточное положение между двумя строгими моделями состояния системы.
Для полученной скелетной кривой строится механистический аналог состояния диагностируемой системы и определяется тип дефекта.
Проиллюстрируем использование данного подхода к диагностической оценке технического состояния вентилятора главного проветривания шахты.
Орбита вибрации (рис. 5), снятая на опорах ротора, свидетельствует о возникновении автоколебаний в системе «ротор
скелетная кривая
Рис. 4. Сопоставление оценки годографа с моделями
— опорные подшипники» [8]. Это служит информативным критерием для выявления изменения жесткости системы «опора — ротор вентилятора», связанным с изменением положения тел качения в подшипниковом узле.
Возможными причинами такой работы вентилятора главного проветривания являются аэродинамические нестабильности типа вращающегося срыва.
На рис. 6 представлена фотография течения, соответствующего режиму, при котором коэффициент подачи р превышает его оп-
тимальное значение рн. На снимке во входном участке межлопа-точного канала на рабочей поверхности лопатки
видна устойчивая замкнутая вихревая зона, возникновение которой обусловлено противоположным влиянием кориоли-совой и центробежной сил инерции, а также местной диф-фузорности и конфу-зорности потока. Зона отрывного вихре-образования, форми-
Рис. 5. Орбита вибрации рующаяся в °бласти
входного участка, по
мере приближения к
выходу расширяется и в выходном сечении занимает примерно четвертую часть межлопаточного канала рабочего колеса, что обусловливает значительные потери напора.
Рис. 7. Износ и разрушение сепаратора
Рис. 6. Картина течения при срыве воздушного потока
Движение «вихрей» вдоль оси вентилятора может служить источником низкочастотной и сверхнизкочастотной вибрации, которая вызывает динамические перегрузки в опорных подшипниках, приводящие к деградации опорных узлов и даже их разрушению [9]. Неустойчивые орбиты низкочастотных компонент вибрации в этом случае являются косвенными признаками развивающегося дефекта сепаратора (рисунок 7), поскольку его износ приводит к загрязнению смазочного материала продуктами износа и нарушению условий смазки. При этом происходит постепенная деградация подшипниковых узлов, а временной интервал до появления первых признаков усталостных повреждений зависит от частоты вращения, нагрузки, эффективности смазки и чистоты смазочного материала.
Радикальное изменение постановки задач диагностики вызывает учет следующих особенностей, присущих реальным системам объектов диагностики:
— для описания функционального состояния используются в совокупности характеристики различной природы и размерности (например, акустические и тепловые сигналы) —
— система (объект диагностики) неоднородна по структуре и содержит элементы, находящиеся в разных видах состояния-
— система представлена неупорядоченным, в строгом смысле, перечнем элементов или точек измерения без обоснования выбора того или иного аргумента (независимой переменной).
Подводя итоги сказанному можно утверждать, что для поддержания высокой технической готовности горного оборудования желательно обеспечивать достаточно точное прогнозирование остаточного ресурса основных узлов и агрегатов, однако большое разнообразие горно-геологических, климатических и технологиче-
ских условий эксплуатации горных машин не позволяют выработать единые критерии технического состояния однотипного оборудования. А включение в систему построения диагноза разнородной информации позволяет увеличить достоверность и надежность прогнозирования работоспособности электромеханического оборудования горных машин.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Диагностирование технических устройств опасных производственных объектов. /А. Н. Смирнов, Б. Л. Герике, В. В. Муравьев. — Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 2003. — 244 с.
2. Математические модели диагностики уникальных объектов. /А. Б. Логов, Р. Ю. Замараев — Новосибирск: Изд-во СО рАн, 1999 — 228 с.
3. Логов А. Б. Исследование процессов формирования динамических нагрузок в элементах очистного узкозахватного комбайна./ Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Кемерово, КузПИ, 1974. — 18 с.
4. Формирование динамических нагрузок на дисковом скалывающем инструменте /А. Н. Коршунов, В. И. Нестеров, А. Б. Логов и др. — Рук., деп. в ВИНИТИ, № 3107−76, 11. 08. 76.
5. Герике Б. Л. Мониторинг и диагностика технического состояния машинных агрегатов. — В 2-х ч.: Ч.1. Мониторинг технического состояния по параметрам вибрационных процессов. — Кемерово: Кузбас. гос. техн. ун-т., 1999. — 189 с.
6. Механическое разрушение крепких горных пород./ А. Б. Логов, Б. Л. Герике, А. Б. Раскин. — Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1989. — 141 с.
7. Системные принципы диагностики уникальных горных машин./ А. Б. Логов, Б. Л. Герике //Динамика систем, механизмов и машин. II Международная научнотехническая конференция: Тез. докл. Кн. 1. — Омск, 1997. — С. 94.
8. Модель автоколебаний гибких роторов./ Б. Л. Герике, А. Б. Логов //Динамика систем, механизмов и машин. II Международная научно-техническая конференция: Тез. докл. Кн. 1. — Омск, 1997. — С. 83.
9. Функциональная диагностика технического состояния шахтных вентиля-
торов главного проветривания. /Б. Л. Герике, Д. Г. Червов. // Вестник КузГТУ, № 4.1. — Кемерово. — 2005. — С. 20−22. УДК 681. 518. 54. ЕШ '-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------
Герике Б. Л. — доктор технических наук, профессор, Г У Кузбасский государственный технический университет, gbl_42@mail. ru
Герике П. Б. — кандидат технических наук, доцент, Г У Кузбасский государственный технический университет, gbl_42@mail. ru
Шахманов В. Н. — соискатель, Г У Кузбасский государственный технический университет.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой