12.2. Техническое диагностирование горных машин

Объективным мето­дом оценки необходимости того или иного вида ремонта или технического обслуживания машины является пе­риодический или постоянный контроль технического состояния оборудования, осуществляе­мый методами и средствами технической диагностики [4,5].

Техническое диагностирование при эксплуатации ма­шин обеспечивает проверку их исправности, р0аботоспо­собности, правильности функционирования, поиск дефек­тов и сбор информации для прогнозирования остаточ­ного ресурса.

Основное назначение диагностики – определение с определенной точностью тех­нического состояния конкретной машины или механизма в данный момент времени с минимальным объемом раз­борки или без нее. В результате диагностирования указывают место, вид и причину дефекта.

Цель диагностирования определяется видом технической диагностики: для заводской диагностики—это оценка качества изделия после изготовления (капиталь­ного ремонта); для эксплуатационной – оценка основ­ных рабочих параметров, выявление скрытых неисправ­ностей, установление потребности в техническом обслуживании и ремонте, определение объема работ по техническому об­служиванию и ремонту, прогнозирование ресурса.

Задачи диагностирования:

- предотвратить (предупредить) внезапные отказы узлов и деталей;

- исключить преждевременную замену деталей;

- увеличить время работы оборудования за счет конкретизации сроков технического обслуживания и ремонта;

- сократить время на техническое обслуживание и ремонт за счет точного планирования этих работ.

Эффективность диагностирования обеспечивается своевременным обнаружением и устранением неисправ­ных состояний составных частей машины; исключением необоснованных разборочно-сборочных работ, что сохра­няет технический ресурс объектов диагностики; дости­жением более полной выработки технического ресурса; работой машины в режиме, близком к оптимальному, что повышает ее производительность, снижает расходы материалов и электроэнергии; повышением безопасности работ благодаря своевре­менности получения информации о состоянии составных частей.

Диагностирование горных машин заключается: в проверке исправности и работоспособности объекта в целом и его составных частей с целью уточнения объема работ при техническом обслуживании и ремонте; поиске и преду­преждении неисправностей (в том числе отказов) со­ставных частей объекта; поддержании эксплуатацион­ных показателей в установленных пределах; прогнозиро­вании остаточного ресурса объекта в целом и его со­ставных частей; контроле качества выполнения техниче­ского обслуживания и ремонта объекта и его составных частей.

Руководства и рекомендации по диагностированию разрабатываются конкретно на каждый тип машины, механизма и сборочной единицы и содержат сведения о характерных неисправностях диагностируемого объ­екта и их внешних признаках, методах и технологии диагностирования, контрольно-диагностических сред­ствах, методике расчета допустимых норм и остаточ­ного ресурса.

Диаг­ностирование оборудования представляет собой процесс, при котором на диагностируемый объект осуществляют­ся многократные воздействия (входные сигналы) и про­изводятся измерение и анализ ответов (выходных сиг­налов) . Различают два вида диагностирования. Первый вид – функциональное техническое диагностирование, при котором на объект поступают только рабочие воз­действия, предусмотренные рабочим алгоритмом функ­ционирования объекта. В этом случае без перерыва тех­нологического процесса с функционирующего объекта средствами диагностики снимается рабочий (выходной) сигнал. Анализ выходных сигналов позволяет судить о техническом состоянии оборудования.

Основное преимущество функционального техниче­ского диагностирования – осуществление диагноза без остановки технологического процесса.

Второй вид – тестовое техническое диагностирование, осуществляемое подачей на объект тестового воздейст­вия. В большинстве случаев при тестовом диагностиро­вании рабочее функционирование объекта прекраща­ется, поэтому обеспечить непрерывный контроль техни­ческого состояния оборудования не удается.

В угольной промышленности функциональное техни­ческое диагностирование находит применение в основ­ном для энергомеханической части добычных горных машин, транспортные машины и механизмы, вклю­чая электродвигатели без электрооборудования и аппа­ратуры автоматизации, гидрооборудование с насосными стан­циями, приводы конвейеров и т. д.); тестовое техниче­ское диагностирование – для аппаратуры автоматики и электрооборудования горного оборудования.

Техническое диагностирование охватывает всю машину.

Совокупность средств и объекта диагностирования и при необходимости исполнителей, подготовленная к диагностированию или осуществляющая его по определенным правилам, установленным соответствующей документацией, носит название системы технического диагностирования.

К диагностическим средствам относятся приборы, инструменты и приспособления, используемые в диагностической системе.

Системы технического диагностирования могут быть общими и локальными. Объектом диагностирования общих систем является машина в целом, а локальных – ее элементы: агрегаты, сборочные единицы, детали.

Любую машину можно рассматривать как техническую систему, предназначенную для самостоятельного выполнения заданных функций. Структуру системы определяют взаимное расположение деталей, их размеры, форма, зазоры в сопряжениях, характер взаимодействия деталей.

В зависимости от структуры и взаимодействия с внешней средой любая машина порождает множество процессов (шум, излучение тепла, вибрация и т.п.), которые обусловлены ее мощностью, К.П.Д., расходом топлива и др. Параметры таких процессов довольно полно отражают свойства структуры и качество ее функционирования и делятся на обобщенные и частные.

Обобщенные параметры выходных процессов характеризуют общее состояние машины, а частные – ее элементов. Оба вида параметров могут быть измерены на рабочей машине и использованы для определения ее технического состояния без разборки.

В соответствии с этим в практике получили применение следующие виды диагностирования машин: по параметрам рабочих процессов (мощность, расход топлива, тормозной путь, и др.), определенным в динамике; по диагностическим параметрам, косвенно характеризующим техническое состояние машины (температура, шум, вибрации и т. д.), также определяемым в динамике; по структурным параметрам (износ деталей, зазоры в сопряжениях и т. д.), замеряемым в статике.

Определение технического состояния автосамосвалов, локомотивов, приводов конвейеров можно производить по содержанию продуктов износа в масле, калориметрическим, полярографическим, магнитно-индуктивным, радиоактивационным, спектрографическим методами.

Калориметрический метод позволяет определить содержание в масле различных элементов путем сравнения окраски масла с окраской стандартного, имеющего известную концентрацию.

Полярографический метод основан на измерении зависимости между током и напряжением с помощью ртутного электрода, помещенного в исследуемый раствор.

Магнитно-индуктивный метод основан на изменении магнитной индукции в зависимости от содержания металла в пробе масла, помещаемой в катушку индуктивности и вызывающей изменение величины протекающего по катушке тока.

Радиоактивационный метод основан на облучении потоком нейтронов пробы масла, в результате чего продукты износа становятся радиоактивными. Их состав и концентрацию определяют с помощью специальной аппаратуры.

При спектрографическом методе определение содержания продуктов износа в пробе масла производят за счет разложения их на отдельные спектры под действием вольтовой дуги. По содержанию в масле хрома судят об износе поршневых колец.

Локальную оценку технического состояния элементов машин можно производить по внешним размерам деталей и их внутренним дефектам. В первом случае используются весовые методы, метод отпечатков и вырезания лунок, микрометрирование, профилографирование. Во втором случае применяют методы вихревых токов и магнитный, ультразвуковую дефектоскопию, методы с применением излучения и капиллярный.

Метод отпечатков применяется в основном для измерения величины местного износа. Для этого измеряют расстояние от поверхности детали до дна искусственно сделанного углубления и по мере его уменьшения определяют величину износа.

Метод вырезания лунок аналогичен методу отпечатков. Разница лишь в том, что в данном случае на поверхности детали резцом вырезается остроугольная лунка.

Метод микрометрирования заключается в измерении поверхностей деталей и определении их изменений с помощью измерительных приборов.

Для деталей, обладающих небольшими размерами и массой, часто применяют весовой метод. Износ детали определяют по результатам взвешивания.

Метод профилографирования используют для определения величины износа в пределах высоты микронеровностей с помощью снятых профилограмм.

Большое распространение получили косвенные методы и средства диагностики общего состояния системы питания по величине коэффициента избытка воздуха и составу рабочей смеси, а также температуре выхлопных газов.

Для определения технической неисправности двигателя и зоны ее распространения применяют диагностику двигателя путем прослушивания.

Для этих целей применяют и такие прогрессивные методы, как радиоиндикаторный, дифференциальный метод радиоактивных индикаторов, акустический, виброакустический, выполняемые с помощью сложной специальной аппаратуры [2].

Радиоиндикаторный метод заключается в том, что деталь, подвергаемую контролю, предварительно активируют, т.е. в трущуюся поверхность вводят радиоактивные изотопы, которые при износе попадают в смазку и она становится радиоактивной. По величине радиоактивности масла судят об износе.

Более совершенным является дифференциальный метод радиоактивных индикаторов. Он предназначен для проведения непрерывного или периодического контроля степени износа деталей и сопряжений машин. Износ деталей определяют по результатам сравнения уменьшения активности поверхностного активированного слоя с относительным уменьшением активности образцов (эталонов).

Акустическим методом выявляют повышенные стуки и шумы, свидетельствующие о неисправности сопряжений сборочных единиц. Ослушивание осуществляют с помощью электронных или мембранных стетоскопов, а также комбинированных электронных приборов. Для более детального анализа шум записывают на магнитную пленку или другие современные электронные носители информации.

Виброакустический метоод контроля является одним из наиболее прогрессиных Сущность метода состоит в том, что при работе каждая кинематическая пара является источником виброакустического сигнала, параметры которого зависят от ее технического состояния. Зная зависимость между параметрами упругих колебаний и износом отдельных кинематических пар, определяют их техническое состояние.

Диагностирование горных машин можно производить как на передвижных установках, так и на стационарных поста.

В настоящее время с целью предупреждения внезапных отказов производят диагностику и таких элементов горных машин, как металлоконструкции, конвейерные ленты, канаты.

Для проверки состояния элементов металлоконструкций и сварных швов используют ультразвуковой, рентгеновский, люминесцентный и цветной методы диагностики.

Для контроля состояния проволочек резинотросовых лент используют прибор УКДТ-1, позволяющий определить место, степень и характер повреждения тросовой основы ленты по всей ее длине. Принцип действия прибора заключается в непрерывной магнитной дефектоскопии тросов ленты по всему сечению.

Контроль стальных канатов выполняют дефектоскопом ДСКУ. Он предназначен для автоматического счета числа оборванных внутренних и наружных проволочек по всей длине каната. Принцип действия прибора основан на использовании полей рассеивания, возникающих у оборванных проволочек при продольном намагничивании каната.

Для выявления внутренних дефектов в валах приводов роторных экскаваторов применяются ультразвуковые установки. С их помощью проводят оценку состояния валов длиной до 5 м и диаметром до 400 мм. Контроль осуществляют контактным способом при помощи ультразвукового дефектоскопа перед установкой в редуктор и в процессе его работы. Осциллограмма, снятая перед установкой служит образцом, с которым сверяют все последующие.

Процесс диагностирования машин состоит из подготовительного, основного и заключительного этапов. Во время подготовительного этапа на машине монтируют измерительную аппаратуру и датчики. Во время основного этапа после установки режима работы машины замеряют параметры технического состояния и фиксируют их в документации. Это позволяет сопоставить их с ранее замеренными параметрами и определить степень изменения за определенный период работы. На заключительном этапе ставят диагноз, в результате которого определяют характер, объем работ для поддержания работоспособности машины, а также время отправки сборочных единиц и агрегатов в ремонт. По диагнозу определяют, какой вид обслуживания или ремонта надо призвести.

Технология проведения работ по технической диагностике излагается в технологических картах, журналах диагностирования, где перечисляются последовательность операций и применяемые приборы.

Техническая диагностика в процессе эксплуатации горных машин позволяет контролировать их техническое состояние, по которому устанавливается оптимальный межремонтный период или прогнозируется остаточный технический ресурс. Благодаря этому достигается высокая эксплуатационная надежность, уменьшаются затраты на техническое обслуживание и ремонт, сокращаются эксплуатационные затраты в результате своевременного проведения регулировочных работ.

Техническая диагностика создает условий для внедрения сменно-узлового метода ремонта машин. Это в свою очередь позволяет сократить продолжительность ремонтов, снизить их трудоемкость за счет уменьшения разборочно-сборочных работ, применить несложное технологическое оборудование и выполнить ремонт с достаточно высоким качеством. Сокращение сроков ремонта увеличивает пропускную способность ремонтных предприятий, вследствие чего лучше используются производственные площади.

При сменно-узловом методе ремонта полнее используется ресурс агрегатов и сборочных единиц машин и, следовательно, уменьшается расход запасных частей.

На специализированных ремонтных предприятиях технологическая диагностика может быть использована для контроля качества ремонтных работ. Для этого сопоставляют результаты испытаний технического состояния машин после ремонта с техническим состоянием новых. Эти же данные принимают в качестве исходных при постановке диагноза в процессе эксплуатации машин.