Общая характеристика работы.
Актуальность работы.
В процессе эксплуатации наблюдаются старение и износ элементов оборудования в ча-стности металлургического, при-водящих к снижению эксплуатационной надежности. Измене-ния в элементах оборудования вследствие износа и усталости приводят также к уменьшению запаса прочности, поэтому могут появляться отказы, обусловленные разрушением напряжен-ных элементов. Отсюда возникает необходимость контроля указанных процессов с целью пре-дотвращения опасных повреж-дений. Эффективными методами контроля состояния оборудования при таких условиях являются виброакустические методы диагностирования.

Методы и способы виброакустической диагностики позволяют выявить в процессе эксплуатации дефекты и повреждения в узлах и деталях, возникшие при изготовлении и монтаже оборудования и при нарушении технологических режимов и параметров. Это позволяет выявить уязвимые места оборудования и причины выхода из строя его узлов и деталей, с целью повышения уровня конструкционных, технологических и эксплуатационных характеристик оборудования. Данное обстоятельство также является решающим фактором перехода предприятия к системе технического обслуживания оборудования - "обслуживанию по состоянию". Обслуживание оборудования по его текущему состоянию позволяет сократить количество неплановых остановок процессов, время простоя в ремонте, издержки на ремонт и ликвидацию последствий аварий, тем самым повысить ресурс и снизить стоимость оборудования. Управление технологическими процессами и организация ремонтно-профилактических работ осуществляется на основе данных о фактическом состоянии оборудования получаемых путем применения средств технической диагностики.

Промышленная практика показала, что сдерживающим фактором перехода предприятий, в том числе и металлургических, к системе обслуживания оборудования "по состоянию", является отсутствие нормативной и регламентационной базы диагностики. Универсальность существующей нормативной и регламентационной базы диагностики ограничивается конструкторской и технологической спецификой объектов диагностирования. Постановка задачи решения этих предпосылок и определяет актуальность работы.

Цели работы.
Целью работы являются развитие теории распознавания технического состояния металлургического оборудования на основе анализа методов спектрального анализа его виброакустических характеристик в условиях металлургического предприятия, что позволит разработать нормативную базу - стандарты идентификации неисправностей узлов и деталей металлургического оборудования по виброакустическим характеристикам.

В соответствии с поставленными целями основными задачами работы являются:
   1) выбор информативных диагностических параметров на основе анализа существующих методов и способов виброакустической диагностики;
   2) определение основных закономерностей распознавания неисправностей оборудования по параметрам вибрации путем разработки диагностической модели логического типа включающей причинно-следственные связи технического состояния механизмов и комплекс диагностических параметров;
   3) обоснование критериев для оценки работоспособности объекта диагностирования и нормирования вибрации на примере шестеренной клети рельсобалочного стана;
   4) анализ сравнительной характеристики различных методов и способов виброакустической диагностики и подтверждение возможности распознавания неисправностей с использованием спектрального анализа виброакустических характеристик оборудования в промышленных условиях;
   5) формирование требований к системе диагностирования, математическому аппарату и диагностической модели объекта диагностирования с учетом его конструкторской и технологической специфики.

Научная новизна.
Показана необходимость оценки взаимодополняющих параметров виброакустических характеристик металлургического оборудования, с целью выделения в вибрационном сигнале информативных составляющих, соответствующих конкретному типу неисправностей.

Разработан комплексный подход оценки состояния металлургического оборудования на основе анализа виброакустических характеристик, учитывая взаимное влияние элементов оборудования, что позволяет решить вопрос распознавания технического состояния на основе единого методологического подхода.

Практическая ценность.
В настоящее время, оценка технического состояния металлургического оборудования выполняется на основе субъективного метода оценки высококвалифицированными специалистами диагностами, обслуживающими объекты диагностирования на протяжении длительного времени и получивших опыт ориентирования во внешних признаках изменения технического состояния. Применение нормативной базы позволяет систематизировать и формализовать знания об объекте диагностирования, что в свою очередь повысит уровень достоверности результатов диагностирования при упрощении средств и способов диагностирования. Последнее обстоятельство позволит перейти от субъективных методов оценки состояния к объективным.

Анализ возможностей спектрального анализа диагностической информации выполнялся, на основе сравнительной оценки различных методов виброакустической диагностики (ударных импульсов, общего уровня вибрации, уровня виброускорения и др.), на примере шестеренной клети "ДУО-1000" рельсобалочного стана. Распознавание технического состояния и идентификация неисправностей выполнялась на основе экспериментальных данных: виброакустических характеристиках снятых в точках контроля клети на протяжении года.

На основе полученной сравнительной оценке разработаны требования к системе мониторинга и диагностики металлургического оборудования, а именно к аппаратной и программной части. По результатам оценки сформированы рекомендации для дальнейшей разработки стандартов распознавания неисправностей узлов и деталей металлургического оборудования.

Апробации работы.
Материалы магистерской диссертации обсуждены и получили одобрение на интерактивной научно-методической конференции "Системы компьютеризации инженерной деятельности" (г. Донецк, 2001 г.) и региональной научно-методической конференции "Машиноведение и детали машин" (г. Донецк, 2002 г.).

Публикации.
Основные положения магистерской диссертации изложены в 2 публикациях, в сборниках научных трудов. Подготовлено и принято к рассмотрению 4 публикации, в том числе 1 статья в научном журнале и 3 статьи в сборниках научных трудов.

3. Содержание работы.
В первом разделе рассмотрена техническая диагностика применительно к металлургическим предприятиям. Указаны цели и задачи диагностирования металлургического оборудования. Такие цели диагностирования металлургического оборудования, как сокращение количества неплановых остановок процесса, времени простоя в ремонте, издержек на ремонт и др., достигаются за счет решения следующих задач: регистрация и оценка технического состояния, постановка диагноза и определение остаточного ресурса элементов оборудования.

Проанализированы возможности обслуживания оборудования и технологических процессов металлургических производств на основе результатов мониторинга (контроля) и диагностики, в соответствии с реальным техническим состоянием оборудования. В соответствии с рассмотренными возможностями отметили особенности диагностирования металлургического оборудования, с которыми сталкиваются службы технической диагностики предприятий при проведении их мониторинга и диагностики.

Акцентировали внимание на индивидуальности и уникальности, как механического оборудования металлургических производств, так и структуры служб технической диагностики.

Уникальность металлургического оборудования заключается в его индивидуальном производстве, т.е. конструкторской и технологической специфики: наличия высоконагруженных, низкооборотных подшипников качения, большая металлоемкость, широких диапазонов вращательного движения рабочих органов, высокая температура и запыленность окружающей среды.

Внесен ряд примечаний и предложений по реорганизации структуры служб технической диагностики металлургических предприятий. Показана зависимость системы технической диагностики металлургического предприятия от качества организационного, информационного, методического, аппаратного и программного обеспечения. Дан анализ системы технической диагностики промышленного предприятия. Указан необходимость государственной разработки и внедрения нормативной и регламентационной базы организационного и информационного управления службами технической диагностики.

Во втором разделе рассмотрены методы диагностирования механического оборудования (рисунок 1) на основе протекающих в оборудовании виброакустических (колебательных) процессов при его эксплуатации. Дан анализ технической и экономической реализации каждого из методов. Указаны достоинства и недостатки методов. Проанализировали уровень соотнесения диагностических признаков с реальным техническим состоянием оборудования. Выделена группа методов наиболее полно отвечающих требованиям точность отображения технического состояния - методы спектрального анализа. Эффективность методов виброакустической диагностики обосновывается высокой информативностью данных методов, быстротой реакции на изменение состояния и достоверности его отображения.

Рисунок 1 - Методы виброакустической диагностики

Приведена оценка средств реализации систем мониторинга (контроля) и диагностики на отечественных промышленных предприятиях. Отмечен уровень информационного, аппаратного и программного развития современных систем сбора и обработки диагностической информации.

Уровень информационных и электронных технологий, в настоящее время, позволяет реализовать систему мониторинга (контроля) и диагностики оборудования любой сложности. Нормативная и регламентационная база лежит в основе систем организационного и информационного управления служб технической диагностики промышленного предприятия. Не совершенность нормативной базы лежит в основе ситуации на промышленных предприятиях - отсутствие общего мнения об оптимальной и эффективной структуре службы технической диагностики. Это объясняется конструкторской и технологической спецификой диагностируемого оборудования. Поэтому возникла необходимость разработки нормативной базы диагностики с учетом специфики объекта диагностирования.

Учитывая, экономическую сторону реорганизации существующих структур служб технической диагностики, предложена масштабируемая система мониторинга и диагностики металлургического предприятия (рисунок 2). Масштабируемость систем диагностирования заключается в расширении круга обслуживаемого оборудования за счет последовательного объединения независимых модулей в единую систему формирования и ведения бах данных диагностической информации и результатов ее обработки.

Рисунок 2 - Система организационного и информационного управления службой технической диагностики промышленного предприятия

Главной составляющей системы мониторинга диагностики является математический аппарат обработки и анализа диагностической информации. Приведены основные методы спектрального анализа, реализуемые на основе функций преобразования Фурье (рисунок 3). Указаны математический и физический смысл преобразований, а также ситуации идентификации неисправностей с высокой эффективностью. Даны рекомендации по выбору метода анализа диагностической информации.

Рисунок 3 - Методы спектрального анализа

В третьем разделе на примере шестеренной клети "ДУО-1000" рельсобалочного стана рассмотрена методика диагностирования. Проанализированы конструкторские и технологических особенностей клети. Приведена кинематическая характеристика узлов и деталей клети. Составлены диагностические модели неисправностей шестеренной клети на основе причинно-следственных связей.

Составлен перечень неисправностей узлов и деталей клети. Определены средства диагностирования в соответствии с признаками, характеризующими процессы протекающие в шестеренной клети при ее эксплуатации. Даны рекомендации по выбору ремонтных воздействий в случае постановки того или иного диагноза. Рассмотрены решающие правила идентификации изменения технического состояния, лежащих в основе алгоритмов диагностирования. Отмечена особенность диагностических признаков, затрудняющая точное распознавание неисправностей.

Рассчитаны информативные частоты неисправностей узлов и деталей клети по различным методикам. Отмечена их сходство и зависимость от кинематических и технологических параметров привода.

В четвертом разделе приведена экспериментальная часть работы, включающая в себя: рассмотрение процессов сбора и обработки диагностической информации, постановки диагноза технического состояния по общему уровню вибрации, уровню виброускорения, ударным импульсам, спектрам механических колебаний и шумам механизма.

В пятом разделе выполнена сравнительная характеристика возможностей методов диагностирования. Отмечены достоинства и недостатки по таким критериям, как полнота информативности, точность отображения протекающих в оборудовании процессов при его эксплуатации и быстрота реакции на изменение состояния.

В шестом разделе сформированы требования к системе диагностирования металлургического оборудования на основе спектрального анализа виброакустических характеристик объекта диагностирования.

Даны рекомендации по применению спектрального анализа при идентификации неисправностей.

4. Основные результаты работы.
В магистерской диссертации на базе развития теоретических основ технической диагностики решена научно-техническая задача по распознаванию технического состояния металлургического оборудования по его виброакустическим характеристикам, с помощью спектрального анализа по единой методологии. Основные практические результаты работы.
   1) Выполненный обзор литературы показал, что эффективными методами идентификации технического состояния оборудования являются виброакустические методы диагностики. Сдерживающим фактором перехода промышленного предприятия к системе обслуживания оборудования "по состоянию" является отсутствие нормативной и регламентационной базы технической диагностики, учитывающей специфику объекта диагностирования.
   2) Рассмотрен подход к созданию эффективных служб технической диагностики на промышленных предприятиях. Необходимость создания данных служб обоснована предоставляемыми ими возможностями по повышению уровня надежности и ресурса оборудования и технологических процессов. Отмечено, что создание подобных служб требует решения ряда вопросов их обеспечения, на основе нормативного поля технической диагностики.
   3) Разработана структура системы диагностирования промышленного предприятия, отвечающая требованиям простоты реализации, эксплуатации и технического сопровождения. Указана необходимость разработки нормативной базы формализации и систематизации диагностической информации.
   4) Выполнена сравнительная оценка различных методов виброакустической диагностики. Рассмотрены методы спектрального анализа виброакустических характеристик. Сформированы требования к математическому аппарату систем диагностирования. Разработаны рекомендации по созданию стандартов идентификации неисправностей узлов и деталей металлургического оборудования.

5. Перечень публикаций.
1. Внедрение систем дигностирования. / А.Л.Сотников, В.А.Сидоров, А.В.Лукичев // Машинознавство і деталі машин: Матеріали 4-ої регіональної науково-методичної конференції. - Донецк: ДонГТУ, 2002. стр. 81-87.

Перечень ссылок Библиотека Отчет о результатах поиска
Профессиональная биография Научно-исследовательские и творческие работы