Teoria - Diagnostyka Techniczna PDF

Preview

Summary

Teoria z przedmiotu diagnostyka techniczna ...

Description

1. Czujniki pomiarowe. Podstawowe rodzaje przetworników:  Czujniki oporowo-tensometryczne, reagujące na odkształcenia i na wszelkie zmiany wymiarów geometrycznych. Stosowane są do pomiarów odkształceń i naprężeń, a pośrednio do pomiarów siły, ciśnienia, momentu zginającego i skręcającego oraz drgań. Naklejony czujnik na membranę, beleczkę, sprężynę lub pręt w przypadku ich odkształceń wskazuje odpowiednio ciśnienie, siłę lub moment. Do pomiaru momentu skręcającego niezbędna jest para takich czujników, naklejona na wale pod kątem 45 i 135 stopni w stosunku do jego osi.  Czujniki oporowo-termiczne i termoelektryczne, reagujące na zmiany temperatury. Czujniki oporowotermiczne pośrednio mierzą także wszystkie wielkości, od których zależy wymiana ciepła ogrzanego drucika metalowego z otoczeniem, jak prędkość przepływu gazów i cieczy, skład mieszanin gazowych, ciepło właściwe gazów i płynów itd.  Czujniki indukcyjne, magnetosprężyste i magneto indukcyjne, reagujące na zmiany wielkości geometrycznych, zmieniając przy tym swoje własności indukcyjne, magnetyczne, stopień sprzężenia i używane do podobnych pomiarów jak czujniki oporowo-tensometryczne.  Czujniki pojemnościowe, reagujące także na zmiany wymiarów geometrycznych, stosowane często do pomiarów własności dielektrycznych lub wielkości z nimi związanych.  Czujniki piezoelektryczne, używane do pomiarów wielkości związanych ze zmianami geometrycznymi, szczególnie wykorzystywane przy pomiarach drgań.  Czujniki elektrochemiczne (elektrolityczno – galwaniczne, elektrolityczno – oporowe, elektrokinetyczne, polarograficzne) używane do pomiarów stopnia kwasowości, różnych innych właściwości chemicznych, pewnych wielkości elektrycznych, mechanicznych itp.  Czujniki fotoelektryczne, mierzące wszelkie wielkości związane z różnego rodzaju promieniowaniem widzialnym lub niewidzialnym. Pośrednio mogą one mierzyć inne wielkości, związane przykładowo ze zmianą wymiarów.  Czujniki strunowe, pracujące na zasadzie zmiany częstotliwości rezonansowej struny stalowej wraz z naprężeniem. Stosowane są do pomiarów wszelkich wielkości związanych ze zmianami wymiarów geometrycznych.  Czujniki ultradźwiękowe, stosowane do pomiarów prędkości przepływu cieczy, w defektoskopii itd.  Inne (elektrodynamiczne, zbliżeniowe-prądów wirowych, laserowe) wykorzystywane w badaniach specjalistycznych, bez szerszego jeszcze opracowania literaturowego. 2. Diagnostyczny system eksploatacji maszyn. Zasady wykorzystania diagnostyki na etapie eksploatacji obiektów w ujęciu metodycznym przedstawiono na rys, gdzie w wyróżnionych podsystemach użytkowania i obsługiwania wskazano na podstawie formy badań diagnostycznych. Dla podsystemu użytkowania jest to najczęściej dozorowanie stanu zdatnej maszyny, która po przejściu do stanu niezdatności (regulowanie, uszkodzenie) trafia do podsystemu obsługiwań technicznych. Tu z kolei zorganizowanym systemie nadzoru występują następujące formy działania diagnostycznego: diagnozowanie ogólne, diagnozowanie szczegółowe, prognozowanie stanu 3. Dlaczego drgania dobrze odzwierciedlają stan maszyny? Drgania dobrze odzwierciedlają stan maszyny ponieważ są bardzo dobrym nośnikiem informacji. Porównując wykresy drganiowe nowej maszyny oraz po intensywnej jej eksploatacji jesteśmy w stanie wyczytać iż w maszynie dokonały się procesy których nie widać gołym okiem.

4. Diagnostyka, a niezawodność maszyn. Diagnostyka techniczna – zajmuje się bezdemontażową oceną stanu technicznego maszyny. Czyni to głównie poprzez badanie własności procesów roboczych lub towarzyszących pracy maszyny, a także poprzez badanie własności wytworów maszyny. Istota diagnostyki technicznej polega więc na określeniu stanu maszyny w sposób pośredni, bez demontażu, w oparciu o pomiar sygnałów diagnostycznych i porównaniu ich z wartościami nominalnymi. Niezawodność – własność obiektu mówiąca o tym, czy pracuje on poprawnie (spełnia wszystkie powierzone mu funkcje i czynności) przez wymagany czas i w określonych warunkach eksploatacji (w danym zespole czynników wymuszających). Niezawodność obiektu jest określona przez prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia opisanego definicją:

R ( t ) =Pr {t ≥ τ } gdzie:

R(t) − niezawodność t − czas pracy bez uszkodzenia τ − założony (lub wymagany) czas pracy bez uszkodzenia Dla obiektów nienaprawialnych przyjmujemy następujące założenia: dla t=0 wartość R(0)=1 funkcja niezawodności jest nierosnąca dla t dążącego do nieskończoności lim R (t)=0 5. Drganiowa krzywa zużycia obiektu. Obserwując stan maszyny za pomocą pomiarów procesu drganiowego (zależnie od typu maszyny i elementu mierzymy przyśpieszenie a, prędkość v, przemieszczenie x), można przewidzieć czas wystąpienia ewentualnej awarii i zapobiec jej przez wykonanie właściwej naprawy.

6. Etapy istnienia maszyny.  Wartościowanie  ocena zaspokojenia potrzeb i oczekiwań odbiorców, wyróżnienie i identyfikacja potrzeby  uzyskanie u odbiorcy zapewnienia, że wyrób (maszyna) spełni wymagania  sformułowanie problemu technicznego  poszukiwanie różnych koncepcji rozwiązań  zasady i taktyka opracowania projektu technicznego  wyznaczenie żywotności, kosztów eksploatacji, funkcji degradacji  wyznaczenie warunków złomowania i utylizacji  Konstruowanie  założenia do projektu  model fizyczny maszyny  model matematyczny maszyny  obliczenia kinematyki i dynamiki





 obliczenia wytrzymałościowe  opracowanie dokumentacji, rysunki wykonawcze i złożeniowe  dobór technologii wykonania, unifikacja  wykonanie prototypu i jego badania-charakterystyki eksploatacji  korekty projektu, optymalizacja  seria próbna i jej obserwacja  korekta dokumentacji technologicznej Wytwarzanie  wykonanie części, obróbka mechaniczna, obróbka cieplna  montaż podzespołów i zespołów  montaż maszyny  zabezpieczenia  kontrola techniczna  próbne uruchomienia, wykonanie charakterystyk, docieranie Eksploatacja  instalacja wyrobu  szkolenie użytkownika  przeglądy techniczne, obsługiwanie, ocena stanu technicznego  naprawy  utylizacja produktu

7. Funkcja sterująca diagnostyki technicznej. Funkcja sterująca diagnostyki technicznej polega na:  ocenie aktualnego stanu technicznego maszyny  eliminacji niezdatnych a więc niebezpiecznych maszyn z użytkowania  zapobieganiu uszkodzeniom lub nagłym zmianom  prognozowaniu przyszłego stanu maszyny 8. Korzyści ze stosowania diagnostyki. Efektywna minimalizacja:  Zagrożeń zdrowia i życia ludzkiego  Zagrożeń środowiska biologicznego i technicznego  Zagrożeń wartości ekonomicznych (w tym jakości) 9. Kształtowanie podatności diagnostycznej maszyn. Podatność diagnostyczną należy rozumieć właściwość, które charakteryzuje przystosowanie obiektu do realizacji procesu diagnostycznego, czyli ciągu operacji zmierzających do uzyskania informacji, umożliwiających podjęcie decyzji o jego stanie, użytkowania jak i obsłudze. Kształtowanie podatności diagnostycznej na etapie eksploatacji obiektów odbywać się może poprzez doskonalenie metod i algorytmów diagnozowania, jak również udoskonalanie środków- urządzeń i aparatury diagnostycznej. Składowe podatności:  diagnozowalność  technologiczność diagnostyczna 10. Maszyna jako system przetwarzania energii i jej możliwości diagnostyczne. Możliwości diagnozowania można ująć w trzy podstawowe grupy, objaśniające sens postępowania badawczego w zakresie oceny jakości stanu lub wytworu.  Pierwsza z nich to diagnostyka przez obserwację procesów roboczych, monitorując ich parametry w sposób ciągły czy też na specjalnych stanowiskach prowadząc badania sprawnościowe maszyn (moc, moment, prędkość, ciśnienie itp.). Przed tym rodzajem badań diagnostycznych otwarta jest przyszłość z racji coraz częściej wprowadzanych do maszyn sensorów mechatronicznych, mikroprocesorów itp.



Drugi sposób diagnozowania maszyn ujmuje badania jakości wytworów, zgodności wymiarów, pasowań, połączeń itp., gdyż ogólnie „tym lepszy stan techniczny maszyny, im lepsza jakość produkcji” Trzecia możliwość diagnozowania to obserwacja procesów resztkowych, wykorzystująca różne procesy fizykochemiczne, zawarte w procesach wyjściowych z funkcjonującej maszyny i będące źródłem wielu atrakcyjnych metod diagnozowania maszyn.



11. Miary procesu diagnostycznego. Najczęściej stosowane miary amplitud są obliczanie i mierzone na podstawie następujących definicji:  wartość skuteczna

[

T

1 2 U sk =U sk( Θ)= ∫ U ( t , Θ ) T 0 

]

1 2

wartość średnia

¿ U ( t , Θ )∨¿ 2

T

1 ∫¿ T 0 U sr =U sr ( Θ) =¿ 

wartość szczytowa

U sz =U sz ( Θ) =E { Max |U ( t , Θ )|} operator warto ść i ś redniej 12. Model generacji sygnałów WA.

13. Model mechaniczny i energetyczny maszyny. Energetyczny model maszyny W myśl ogólnej teorii systemów maszynę można traktować jako otwarty system działaniowy z przepływem masy, energii i informacji, celowo skonstruowany dla wykonania określonej misji. Są to zatem układy transformujące energię, z nieodłączną jej dyssypacją wewnętrzną i zewnętrzną. Wejściowy strumień masy (materiału), energii i informacji jest przetwarzany na dwa strumienie wyjściowe, energię użyteczną w postaci innej pożądanej jej formy lub też produktu będącego celem projektowym danego obiektu. Drugi strumień to energia dyssypowana, częściowo eksportowana do środowiska, a częściowo akumulowana w obiekcie jako efekt różnych procesów zużyciowych zachodzących podczas pracy maszyn i urządzeń. Zaawansowanie tych procesów zużyciowych determinuje poziom degradacji i jakość funkcjonowania każdego obiektu. Wewnętrzna dyssypacja energii ND wynika z tytułu (Ni): zmęczenia powierzchniowego i objętościowego, tarcia łącznie z frettingiem, erozji w strumieniu cząstek, korozji wszelkiego rodzaju oraz płynięcia w wysokich temperaturach i pełzania przy dużych obciążeniach. Te wszystkie procesy składają się na sumaryczną energię dyssypowaną ED. Wielkość tej energii lub lepiej intensywność dyssypacji czyli moc ND zależy od czasu działania obiektu θ oraz od mocy dyssypacji zewnętrznej V(θ). Słuszne są zatem podane niżej zależności

N D = (1−η ) N i −moc dysponowana 14. Omówić strategię eksploatacji maszyn. Strategia eksploatacyjna – polega na ustaleniu sposobów prowadzenia, użytkowania i obsługiwania maszyn oraz relacji między nimi w świetle przyjętych kryteriów. Strategie eksploatacji maszyn:  Według niezawodności – sprowadza się do podejmowania decyzji eksploatacyjnych w oparciu o wyniki okresowej kontroli poziomu niezawodności urządzeń (różne wskaźniki niezawodnościowe), eksploatowanych aż do wystąpienia uszkodzenia. Zwana inaczej strategią „według uszkodzeń” polega na eksploatacji uszkodzenia obiektu do chwili wystąpienia uszkodzenia.  Według efektywności ekonomicznej – jest to strategia oparta na minimalnych kosztach eksploatacji maszyn, a decyzje eksploatacyjne podejmowane są w oparciu o wskaźnik zysku. Podstawą podejmowanych decyzji są dane o niezawodności, kosztach użytkowania i napraw eksploatowanych maszyn. Ważnym czynnikiem w tej strategii jest postęp techniczny, którego wysoka dynamika określa starzenie moralne maszyn, a więc czynnik wnikliwie śledzony przez potencjalnych odbiorców. Strategia ta ma zastosowanie również w sytuacjach gdy moralne starzenie się maszyn wyprzedza ich zużycie fizyczne.  Według ilości wykonanej pracy – eksploatowanie jest limitowane ilością wykonanej pracy, która może być określana liczbą godzin pracy, ilością zużytego paliwa, liczbą przejechanych kilometrów, liczbą cykli pracy itp. Generalną zasadą tej strategii jest zapobieganie uszkodzeniom (zużyciowymi, starzeniowym) poprzez

konieczność wykonywania zabiegów obsługowych w oznaczonych limitach wykonanej pracy, przed osiągnięciem granicznego poziomu zużycia. Strategia ta posiada szereg wad:  Planowanie czynności obsługowych odbywa się w oparciu o normatyw, niezależnie od stanu technicznego maszyny, co prowadzi do wykonywania zbędnych prac obsługowych i nadmiernego zużywania się części i materiałów eksploatacyjnych.  Sztywne struktury cykli naprawczych (naprawy główne) nie odpowiadające rzeczywistym potrzebom  Bardzo mała efektywność wykorzystania potencjału użytkowego maszyny  Przyjęte normatywy nie uwzględniają postępu technicznego, nie wyzwalają inicjatywy personelu obsługującego, nie doskonalą systemu eksploatacji  Ustalenie optymalnego czaru poprawnej pracy maszyny jest trudne, co prowadzi do wzrostu kosztów eksploatacji  Według stanu technicznego – opiera podejmowanie decyzji eksploatacyjnych na podstawie bieżącej oceny stanu technicznego maszyn, ich zespołów lub elementów. Umożliwia to eliminowanie podstawowych wad eksploatacji maszyn według innych, omówionych już strategii. Podstawowym warunkiem powodzenia tej strategii jest dostępność prostych i skutecznych metod diagnostycznych, najlepiej wkonstruowanych w produkowane maszyny, które z kolei są nadzorowane w systemie monitorowania systemu.



Systemy obsługiwań technicznych maszyn:  System wymian profilaktycznych – budowany głównie w oparciu o strategię eksploatacji według efektywności (dla obiektów jednostkowych odpowiedzialnych – gdzie prowadzi się wymiany profilaktyczny dla uniknięcia awarii)  Planowo – zapobiegawczy system obsługiwań technicznych – budowany w oparciu o strategię według ilości wykonanej pracy (z góry zaplanowany zakres i częstotliwość obsługiwań technicznych, niezależnie od aktualnego stanu, czyli potrzeb)  Planowo – zapobiegawczy system obsługiwań technicznych z diagnozowaniem – jak wyżej, lecz wspomagany częściowym diagnozowaniem stanu maszyny  System obsługiwań technicznych według stanu – czynności obsługowe – częstotliwość i zakres wyznaczane są w oparciu o aktualny stan techniczny maszyny Autoryzowana strategia eksploatacji maszyn – jakościowe zmiany wymuszone gospodarką rynkową mają rozległe konsekwencje we wszystkich sferach gospodarowanie, w tym również w eksploatacji środków trwałych. Wymagania od strony „jakości”, marketingu i logistyki zmieniają radykalnie kryteria oceny maszyn, dając przesłanki do dalszego, rosnącego zainteresowania metodami i środkami diagnostyki technicznej. Producent zainteresowany jakością i późniejszym zbytem jest odpowiedzialny za wyrób zamysłu, poprzez konstrukcję, wytwarzanie i eksploatację, aż do utylizacji po likwidacji obiektu. Tym samym producent konstruuje i wytwarza swoje wyroby w oparciu o najnowsze osiągnięcia myśli technicznej, zabezpiecza swój

wytwór własnym serwisem obsługowym w czasie eksploatacji, a także wyposaża obiekty w środki diagnostyczne (najlepiej automatyczne) 15. Procesy robocze w diagnozowaniu maszyn.  Przetwarzanie energii chemicznej w ciepło pracę mechaniczną – podciśnienie, parametry pulsacji ciśnienia, ciśnienie sprężania, maksymalne ciśnienie sprężania, maksymalne ciśnienie spalania, temperatura spalania, współczynnik nadmiaru powietrza, skład spalin, prędkość obrotowa, moc efektywna, moment obrotowy, moment strat wewnętrznych, jednostkowe zużycie paliwa, godzinowe zużycie palia i inne.  Przetwarzanie energii w energię elektryczną – gęstość elektrolitu, napięcie, wskaźnik samowyładowania, czas wyładowania, rezystancja wewnętrzna, sprawność, rezystancja uzwojeń i izolacji, spadek napięcia, napięcie i natężenie prądu, czas osiągnięcia wartości prądu ustalonego, stała czasowa, napięcie na okładzinach kondensatora, rezystancja kondensatora, parametry impulsów i inne.  Przetwarzanie energii elektrycznej w pracę mechaniczną – spadki napięć, natężenie poboru prądu, moment obrotowy, moc, prędkość obrotowa, napięcie i inne.  Przetwarzanie energii kinetycznej w ciepło – droga hamowania, siła hamowania, czas uruchomienia hamulców, opóźnienie hamowania, kątowe opóźnienie hamowania i inne.  Przenoszenie energii – współczynnik poślizgu, moment (moc) na wyjściu, moment strat, sprawność mechaniczna, siła napędowa i inne.  Zwiększenie energii – moment (moc) na wyjściu, ciśnienie, wydajność, moment strat, parametry impulsu ciśnienia czynnika i inne. 16. Procesy towarzyszące w diagnozowaniu maszyn.  Termiczne – temperatura, zmiany temperatury, przebieg czasowy temperatury, obrazy rozkładu temperatury, czas nagrzewania się zespołów i inne.  Elektryczne generowane przy tarciu – chwilowa różnica potencjałów elektrycznych, czas trwania amplitudy impulsów, częstotliwość, amplituda i inne.  Egzoemisja elektronów – ilość elektronów, intensywność egzoemisji elektronów i inne.  Starzenia środków smarnych – lepkość, zmiana lepkości, temperatura krzepnięcia, temperatura zapłonu, gęstość, indeks wiskozy, indukcyjność, poziom koncentracji produktów zużycia: Fe, Al., Pb, Cu i inne.  Wibroakustyczne  Miary w dziedzinie amplitud – wartość średnia, skuteczna, współczynnik kształtu szczytu, impulsowości, funkcja gęstości prawdopodobieństwa i inne  Miary w dziedzinie częstotliwości – gęstość widmowa mocy, częstotliwość Rice’a, współczynnik harmoniczności i inne.  Miary w dziedzinie czasu – funkcja korelacji, unormowana funkcja korelacji, czas korelacji i inne. 17. Stany diagnostyczne maszyn. Stan maszyny można przedstawić jako zbiór wartości wszystkich parametrów określających maszynę w danej chwili czasu t. w ujęciu diagnostycznym jest to zbiór cech stanu lub/i parametrów diagnostycznych w danej chwili czasu, istotnych dla jednoznacznego określenia stanu maszyny. W najprostszym przypadku zbiór możliwych stanów maszyny możemy podzielić na dwie klasy:  Klasa stanów zdatności – maszyna znajduje się w stanie zdatności wtedy, jeśli wartości mierzonych parametrów lub cech stanu znajdują się w granicach dopuszczalnych a wiec nie przekroczyły wartości granicznych.  Klasa stanów niezdatności – jeżeli wartość nawet jednego parametru lub cechy stanu wykracza poza dopuszczalne granice, maszyn znajduje się w stanie niezdatności. 18. Testy diagnostyczne. Istnieje wiele metod tworzenia testów diagnostycznych o minimalnej (lub zbliżonej do minimalnej) liczbie sprawdzeń, wykorzystujących różne dziedziny matematyki, teorii informacji, algebry Boole’a, teorii grafów itd.  Metoda dziecięca albo kolejnego wyboru sprawdzeń – Jest to najprostsza metoda wykrywania uszkodzeń w przypadkach gdy, nie są znane wskaźniki niezawodności, czas wykonania sprawdzeń i koszty. Metoda ta polega





na kolejnym sprawdzaniu hipotezy o możliwych uszkodzeniach elementów w obiekcie, przy czym ostatniego sprawdzenia się nie wykonuje. Nawet negatywny wynik przedostatniego sprawdzenia umożliwia stwierdzenie, że uszkodzony jest ostatni element Metoda macierzy Boole’owskich – W tej metodzie budowana jest dla diagnozowanego obiektu tablica stanów za pomocą liczb binarnych w których miejscu zera odpowiada niezdatność elementu, zaś miejscu jednościwartość parametru mierzonego w normie czyli zdatność materiału. Metoda informacyjna – minimalizacji testów diagnostycznych polega na tym, że przy wyborze cech niezbędnych do rozpoznawania stanu wykorzystuje się ilość informacji dostarczonej przez każdy z parametrów yi,, badany za pomocą sprawdzenia kj. Przyjmując, że obiekt może znajdować się w jednym ze stanów wi ze zbioru W oraz oznaczając przez pi prawdopodobieństwo znalezienia się obiektu w stanie wi, nieokreśloność stanu można wyrazić jego entropią: k

En ( w ) =−∑ p i ∙ log2 p i ; ⋯ p i=P(w= wi ) i=1

Metoda kontroli grupowej Metoda ta jest szczególnie przydatna podczas budowy testów diagnostycznych dla obiektów złożonych, gdzie sprawdzenia przeprowadza się na grupie elementów. W tego typu testach za pomocą pierwszego sprawdzenia dokonuje się podziału elementów na dwie grupy: G1- podzbiór elementów zdatnych, G2- podzbiór elementów uszkodzonych. Następnie sprawdzenia wykonuje się na zbiorze elementów uszkodzonych, co prowadzi do dalszego podziału na mniejsze podzbiory, aż do wykrycia uszkodzonego elementu. Zaletą tej metody jest zmienny test który dostarcza najwięcej informacji przy najmniejszych nakładach finansowych.  Metoda podziału połówkowego – polega na podziale zbioru na mniejsze podzbiory i przebadaniu ich. np. zbiór 8 elementów obiektu podzielono na dwa podzbiory po 4 elementy. Podczas pierwszego sprawdzenia badano elementy II podzbiory od 5 do 8. Elementy okazały się zdatne to wiec w następnym sprawdzeniu badamy po...