Оптимизация системы технического обслуживания и ремонта локомотивов

Для диагностики подшипников спектры вибрации и её огибающей, измеряются на корпусе подшипникового узла. При анализе вибрации и её огибающей решаются две задачи, а именно, обнаружение и идентификация происходящих в подшипниках изменений, т.е. определение причин появления в спектрах новых составляющих или роста существующих. Такими причинами могут быть либо дефекты подшипника, либо действующие на него переменные нагрузки. Наличие особых режимов работы подшипника в машинах с механическими передачами, например, зубчатыми, ременными, червячными и т.п., приводит к тому, что для них правила диагностики сильно меняются. Поэтому в программах организованы специальные алгоритмы диагностики подшипников различных механических передач, в том числе редукторов.

Поскольку на вибрацию подшипникового узла влияют как дефекты, так и условия работы подшипника, при автоматической диагностике необходимо решать две задачи, а именно, определять особенности работы подшипника, а затем, учтя эти особенности, определять вид и глубину тех дефектов, которые имеются в подшипнике. Поэтому особенности (режимы) работы подшипника в программе определяются в терминах дефектов. Для примера программа автоматически определяет такие особенности работы подшипникового узла, как обкатывание шейкой вала вкладышей подшипника, автоколебания ротора в подшипниках, удары в подшипниках, сопровождающие локальные пульсации давления в смазке или разрывы масляной пленки. Эти особенности не всегда определяются дефектами в подшипниках, а могут быть следствием дефектов ротора, в частности, его неуравновешенности, и дефектов соединительных муфт. Но все они влияют на ресурс подшипника и поэтому в программе рассматриваются как дефекты, которые необходимо обнаруживать при диагностике подшипников.

Из дефектов собственно подшипника, оказывающих реальное влияние на параметры вибрации, можно выделить следующие:

- перекосы вкладышей подшипника (уменьшение зазора на отдельных участках вкладышей);

- износ вкладышей (увеличение зазора) ;

- выкрашивание, трещины на поверностях трения;

- ухудшение условий смазки.

Из режимов работы ротора в подшипниках скольжения, определяющих вибрацию последних, следует выделить:

- нормальный режим с неподвижным масляным клином в подшипнике;

- обкатывание шейкой вала вкладышей подшипников с частотой вращения вала;

- автоколебания ротора в подшипниках;

- сухой контакт поверхностей трения (удары о поверхности трения);

Наконец, к дефектам других узлов машины, непосредственно влияющим на работу подшипника и его вибрацию, можно отнести:

- неуравновешенность ротора;

- дефекты соединительных муфт;

- ослабление креплений подшипниковых узлов к машине или машины к фундаментным конструкциям;

- дефекты соединенных с валом узлов, в том числе шестерен и т.п., создающие ударные нагрузки на подшипник.

В результате указанные дефекты собственно подшипника, режимы его работы и дефекты других узлов, заметно снижающие ресурс подшипника скольжения, объединяются в группы. Эти группы по особенностям формирования вибрации различаются достаточно сильно, что позволяет идентифицировать их вид по параметрам узкополосных спектров вибрации и (или) ее огибающей. Всего таких групп восемь, а именно:

- Неуравновешенность ротора;

- Бой вала (муфты);

- Дефекты узлов крепления подшипника;

- Автоколебания вала;

- Перекос подшипника;

- Износ подшипника;

- Удары в подшипнике;

- Дефекты смазки;

Ниже приводится информация о том, на какие параметры вибрации наиболее сильно влияют перечисленные группы дефектов.

Неуравновешенность ротора увеличивает вибрацию машины на частоте вращения, и именно этот рост является диагностическим признаком рассматриваемого дефекта. Как правило, при неуравновешенном роторе вибрация машины растет только на частоте его вращения. Если же центробежные силы, действующие на ротор, превышают по величине силы его тяжести, происходит обкатывание шейкой вала вкладышей подшипника. В последнем случае при неровной поверхности вкладышей растет вибрация на гармониках частоты вращения, и появляется модуляция сил трения частотой вращения ротора, т.е. в спектре огибающей вибрации появляются линии на гармониках частоты вращения ротора.

Бой вала (муфты) приводит к тем же результатам, что и сильная неуравновешенность ротора, т.е. к обкатыванию шейкой вала вкладышей подшипника. При этом также могут расти составляющие вибрации машины на гармониках частоты вращения, а в спектре огибающей могут появиться линии тех же частот. Поскольку практически сложно отличить бой вала от боя муфты, последний лучше всего отнести к группе дефектов, имеющей название "Бой вала".

Дефекты узлов крепления подшипника влияют прежде всего на вибрацию с частотой вращения ротора, возбуждаемую силами неуравновешенности. Это влияние приводит к скачкообразному изменению величины колебательного смещения при определенных углах поворота ротора. Естественно, что такое изменение приводит к росту вибрации на ряде гармоник частоты вращения, но идентифицировать вид дефекта по такому росту, как правило, не удается Лучше всего сравнивать уровни вибрации подшипникового узла на частоте вращения в двух направлениях, перпендикулярных оси вращения. Если ониотличаются более, чем в 3 раза, это является признаком либо ослабления узлов крепления подшипникового узла к машине или узлов крепления машины к фундаментным конструкциям, либо ослабления самих фундаментных конструкций.

Есть еще дополнительные признаки появления такого дефекта, заключающиеся в росте уровня вибрации на очень низких частотах, меньше половины частоты вращения ротора. Возбуждается эта вибрация случайными флуктуациями толщины смазочного слоя в подшипнике и становится заметной лишь в том случае, когда жесткость подшипниковой опоры на низких частотах в каком-то одном направлении близка к нулю. Именно этот признак используется в программе, но при окончательной постановке диагноза лучше всего проверять наличие рассматриваемого вида дефекта по обоим изложенным признакам.

Автоколебания вала в подшипниках приводят прежде всего к росту вибрации машины на гармониках частоты этих колебаний. Поскольку автоколебания представляют собой перемещения оси вала в плоскости, перпендикулярной оси вращения, из-за сил трения, они являются следствием либо увеличения зазора, либо неправильной подачи смазки. Перемещение происходит достаточно медленно и приводит к отклонению вала от положения равновесия, поэтому, когда это положение становится неустойчивым, малейшее возмущение быстро возвращает вал в устойчивое положение. Как правило, этим возмущением являются центробежные силы, которые возвращают вал в исходное положение один раз за два или три оборота вала. Таким образом автоколебания вала вызывают вибрацию машины на ряде частот, первая из которых в два или три раза ниже частоты вращения вала. Аналогичным образом и с той же частотой изменяются силы трения, а следовательно, появляется модуляция высокочастотной вибрации подшипника. Поскольку вибрацию машины на субгармониках частоты вращения измерять достаточно сложно из-за помех, создаваемых другими машинами, гораздо проще обнаруживать автоколебания вала по спектру огибающей вибрации, в котором кроме гармоник частоты вращения появятся и гармоники частоты автоколебаний вала.

Перекос подшипника приводит, как правило, к росту вибрации на частотах, кратных второй гармонике частоты вращения, и к модуляции сил трения и высокочастотной вибрации подшипникового узла теми же частотами. Одинаковое влияние на вибрацию подшипниковых узлов и машины в целом оказывают как перекос собственно подшипника, так и изгиб вала в зоне подшипника. Причиной последнего может быть и деформация вала, и трещина в нем. Поскольку на крупных машинах, вращающихся с частотами, близкими к критическим, возможно резкое увеличение вибрации на двойной частоте вращения ротора из-за резонанса последнего, надежность обнаружения рассматриваемого дефекта по спектру огибающей высокочастотной вибрации, как правило, оказывается выше.

Износ подшипника под которым понимается, в первую очередь, износ вкладышей, сопровождающийся ростом величины и изменением формы зазора, а так же выкрашиванием поверхности отдельных участков вкладышей. Износ приводит к изменению целого ряда параметров вибрации, причем эти изменения непосредственно зависят от режима работы ротора и имеющихся дефектов собственно ротора или соединительной муфты.

Основной причиной изменения вибрации из-за износа подшипника являются флуктуации толщины масляного слоя и перемещение в пространстве тех точек, в которых сила трения максимальна. Возможными следствиями подобных флуктуации являются:

- автоколебания ротора в подшипниках;

- обкатывание шейкой вала вкладышей подшипника;

- флуктуации, в том числе случайные, сил трения в подшипнике;

- рост сил трения в подшипнике.

Автоколебания ротора в подшипниках вынесены в отдельный вид дефектов, так как они могут возникать не только из-за увеличения зазора вследствии износа, но и из-за других причин, в том числе из-за изменений условий подачи смазки.

При обкатывании шейкой вала вкладышей подшипника, имеющих неоднородный износ, растет вибрация подшипникового узла и машины в целом на частотах, кратных частоте вращения ротора, из-за неровной поверхности трения. По той же причине и с теми же частотами изменяются силы трения, появляется их амплитудная модуляция, а в спектре огибающей вибрации возникает ряд гармоник частоты вращения, амплитуды которых падают с увеличением кратности. Обычно в спектре видны гармоники приблизительно с кратностью до 7-10.

Сильный неоднородный износ вкладышей приводит к нестабильности толщины и местоположения масляного клина, которые изменяются достаточно медленно и случайным образом. Колебания вала на таком масляном слое приводят к вибрации подшипника на низких частотах только в том случае, когда имеют место дефекты крепления подшипникового узла. В то же время флуктуации смазочного слоя приводят к аналогичным флуктуациям сил трения и случайной модуляции высокочастотной вибрации подшипника. Частоты этой модуляции оказываются небольшими, меньше частоты вращения ротора, и поэтому такая модуляция обнаруживается по спектру огибающей высокочастотной вибрации.

Как правило, все дефекты, связанные с износом поверхностей трения, приводят к увеличению сил трения. Очевидно, что с ростом сил трения растет и высокочастотная вибрация корпуса подшипникового узла, возбуждаемая этими силами.

Износ подшипника скольжения лучше всего обнаруживать по всем указанным признакам (кроме автоколебаний), так как хотя бы один из видов его влияния на вибрацию всегда имеет место.

Удары в подшипнике скольжения, обычно обнаруживаемые по огибающей высокочастотной вибрации, делятся на две группы - гидродинамические и механические (сухие). Первый вид ударов представляет собой кратковременное появление участков в смазоином слое, характеризующихся повышенной турбулентностью потока смазки. Причиной обычно является локальное уменьшение толщины смазочного слоя на отдельном участке из-за колебаний вала относительно вкладышей и, соответственно, увеличение скорости движения смазки, сопровождающееся скачкообразным ростом турбулентности. Второй и более опасный вид ударов связан с разрывом масляной плёнки и появлением кратковременного "сухого" контакта поверхностей трения.

В первом случае наблюдается кратковременное скачкообразное изменение высокочастотной вибрации подшипника, не приводящее, как правило, к значительному росту уровня высокочастотной вибрации, во втором случае рост высокочастотной вибрации оказывается достаточно сильным. Причиной гидродинамических ударов, как правило, является бой вала.

Дефекты смазки приводят к росту высокочастотной вибрации подшипника. Кроме того они могут приводить к разрыву масляного слоя и ударам, но, как правило, эти удары не являются периодическими, и в спектре огибающей вибрации отсутствуют гармонические составляющие, если в подшипнике нет других дефектов, кроме дефектов смазки.

Как следует из проведённого анализа влияния дефектов на вибрацию подшипника скольжения, не существует .однозначной связи вида дефекта со спектральным составом её огибающей, т.е. возможны ошибки при идентификации вида дефекта. Эти ошибки еще больше увеличиваются, если в машине есть узлы, вызывающие обкатывание валом вкладышей подшипника или ударные нагрузки на подшипник. Типичным примером для первого случая является наличие в машине соединительной муфты, установленной с перекосом или сдвигом осей соединяемых валов. Типичным примером для второго случая являются механические, в том числе зубчатые, передачи.

Исходя из сказанного, для обнаружения и идентификации дефектов подшипника скольжения роторных машин следует использовать результаты измерения как спектров огибающей высокочастотной вибрации, так и спектров вибрации подшипникового узла на низких и средних частотах. Поскольку в спектры низкочастотной вибрации любой точки машины входят составляющие, возбуждаемые многими, в том числе бездефектными, узлами машины, их использование в диагностических задачах даёт хорошие результаты, как правило, лишь после предварительной адаптации алгоритмов диагностики. Такая адаптация может выполняться автоматически, но требует по крайней мере трёх - четырёх последовательных измерений вибрации в течении одного - двух месяцев в контрольных точках на корпусе диагностируемого узла.

Рассмотренные дефекты включены в список обнаруживаемых по алгоритмам, заложенным в программу. В то же время ряд не рассматриваемых здесь дефектов различных узлов роторных машин может оказывать влияние как на спектры вибрации, измеряемой в контрольных точках на корпусе подшипника, так и на спектры огибающей ее высокочастотных составляющих. Для диагностики тех узлов роторных машин, дефекты которых влияют на спектры огибающей вибрации их подшипников, предусмотрены специальные режимы работы программы, рассматриваемые в последующих разделах по диагностике механических передач, зубчатых зацеплений, редукторов и т.п. Ряд дефектов других узлов, которые оказывают влияние на низкочастотную вибрацию подшипников, не идентифицируется при диагностике подшипников, и их идентификация проводится по результатам измерения вибрации в других контрольных точках. Поэтому в список групп дефектов подшипников скольжения введена дополнительная группа неидентифицированных изменений вибрации.

Выбор точек контроля вибрации и диагностических признаков.

Диагностика подшипников скольжения производится по вибрации, измеряемой на корпусе подшипникового узла. Обязательным условием измерений являются:

- наличие непосредственного контакта вкладышей подшипника (наиболее нагруженного из вкладышей) с той частью корпуса подшипникового узла, на которую крепится датчик вибрации;

- выбор такой точки крепления в которой обеспечивается повторяемость результатов измерения спектров вибрации при повторной установке датчика;

- выбор направления измерения, по возможности, перпендикулярного оси вращения вала и проходящего через эту ось, см.рис.8.

Рисунок.8 - Выбор направления проведения измерений

Первое условие необходимо для того, чтобы обеспечить измерение высокочастотной вибрации, возбуждаемой силами трения шейки вала о вкладыши, причём её уровень должен укладываться в динамический диапазон средств измерения. Если вкладыш не имеет прямого контакта с корпусом подшипника, необходимо экспериментально подобрать точки контроля вибрации на корпусе так, чтобы уровень высокочастотной вибрации, распространяющейся на корпус, например, через узлы крепления вкладышей или масляную ванну, был достаточным для измерения спектра огибающей вибрации.

Датчик вибрации, в качестве которого обычно используется акселерометр, устанавливается в точку контроля на время измерений или постоянно. Способ крепления акселерометра выбирается таким, чтобы частотный диапазон измеряемой вибрации включал частоты от ?2 Гц до ? 20кГц. Для этого акселерометр может устанавливаться на шпильке, на клею, на мастике или на специальном магните. предварительно смазанном консистентной смазкой. Место установки акселерометра должно быть подготовлено, т.е. очищено от краски или других покрытий, а также выровнено до такой степени, чтобы контакт акселерометра с поверхностью корпуса подшипникового узла происходил в плоскости площадью не менее 0,5 см2.

Еще одной рекомендацией по выбору точки контроля вибрации на подшипниковом узле является отсутствие высокодобротных резонансов тех элементов корпуса или вкладыша, на которые устанавливается акселерометр. Обнаружить эти резонансы можно при сравнении спектров вибрации, измеренных в разных точках корпуса подшипника. Удовлетворительной может считаться точка, в которой на частотах до ? 5000 Гц отсутствуют области частот, в которых уровень вибрации выше, более чем на 20 дБ, уровней на тех же частотах, но в других точках.

Если конструкцией подшипникового узла предусмотрена установка двух или более подшипников скольжения, например, опорного и упорного, число контрольных точек может быть выбрано равным числу подшипников. Увеличивать число контрольных точек рекомендуется в том случае, если вкладыши разных подшипников установлены не вплотную и имеют разные посадочные размеры. В противном случае измеряемая на каждом из подшипников высокочастотная вибрация будет иметь идентичные свойства и ее можно измерять в одной контрольной точке. Низкочастотная вибрация подшипникового узла практически во всех точках контроля имеет одинаковую диагностическую информацию при любом количестве установленных подшипников.

Таким образом, используя изложенную в данном разделе информацию, оператор самостоятельно выбирает как число точек, так и место установки акселерометров. Выбор диагностических параметров осуществлен разработчиками пакета программ, но, поскольку, программой, кроме автоматических режимов диагностики, предусмотрены и неавтоматические режимы совместного анализа данных в разных контрольных точках, ниже приводится описание выбранных диагностических параметров.

В таблице 3.1 приведен список дефектов, которые могут быть обнаружены по результатам периодических измерений спектров вибрации и огибающей ее высокочастотных составляющих, измеренных на корпусе подшипникового узла с подшипником скольжения. Там же приведены частоты составляющих, рост амплитуды которых сопровождает появление развитых дефектов.

Так, диагностическим параметром неуравновешенности ротора является превышение уровнем составляющей низкочастотного спектра вибрации на частоте вращения порогового значения и одновременно отсутствие роста других составляющих вибрации. По спектру огибающей вибрации неуравновешенность ротора с достаточной степенью достоверности не обнаруживается.

Диагностическими параметрами боя вала (муфты) является рост нескольких составляющих низкочастотной вибрации машины на частотах, кратных частоте вращения вала, а также появление модуляции высокочастотной вибрации этими же частотами, в том числе и из-за появления гидродинамических ударных импульсов. В то же время бой вала не должен сопровождаться значительным ростом уровня высокочастотной вибрации, так как разрыва масляного слоя при бое вала обычно не происходит. Пример спектра вибрации подшипникового узла и спектра огибающей её высокочастотных составляющих при бое вала (муфты) приведён на рис.3.2. Диагностическим признаком дефектов узлов крепления подшипника является рост составляющих низкочастотного спектра вибрации на частотах менее 0,5твр. Рассматриваемый дефект не обнаруживается по спектру огибающей вибрации. Кроме того, чтобы избежать ложных срабатываний системы из-за низкочастотной вибрации других рядом стоящих машин, этот дефект считается обнаруженным лишь в том случае, когда одновременно в подшипнике появляется хоть один дефект другого вида.

Диагностическими признаками автоколебаний вала в подшипниках скольжения является появление составляющих низкочастотной вибрации на частотах, кратных второй (ктвр/2) или третьей (кТвр/3) субгармоникам частоты вращения, или этих же составляющих в спектре огибающей высокочастотной вибрации.

Диагностическим признаком перекоса подшипника, при котором в двух противоположных точках резко уменьшается величина зазора и масляного слоя, является рост в спектре вибрации составляющих на кратных и, особенно, на второй гармониках частоты вращения ротора. Одновременно диагностическим признаком этого дефекта является рост этих же составляющих в спектре огибающей вибрации подшипникового узла.

Диагностические признаки износа подшипника скольжения делятся на две независимые друг от друга группы. Первая связана с нестабильностью масляного клина и представляет собой изменение формы фона в спектре огибающей высокочастотной вибрации подшипника в виде его подъема на низких частотах. Втора? группа признаков определяется ростом гармоник спектра вибрации и ее огибакщей на ряде частот Ктвр, но с одновременным ростом высокочастотной случай-ой вибрации. Пример обнаружения износа подшипника по второй группе диагностических признаков приведен на рис.9.

Рисунок 9 - Пример обнаружения износа -подшипника по спектру огибающей: росту уровня высокочастотной вибрации

Диагностические признаки появления ударов в подшипнике скольжения лишь незначительно отличаются от группы признаков износа подшипника, обнаруживаемого по гармоническим составляющим спектра вибрации и ее огибающей частотами Ктвр. Это отличие касается спектра огибающей вибрации, в котором при появлении ударов небольшой длительности появляется большое число гармоник до граничной частоты спектра. Типичный пример спектра огибающей для этого случая приведен на рис.3.7.

Если : подшипнике обнаруживаются гидродинамические удары, т.е. при наличии в спектре огибающей вибрации признаков ударов нет роста уровня высокочастотной вибрации, эти признаки рекомендуется относить к бою вала, т.к. в этом случае опасность появления аварийного состояния подшипников очень мала. Если обнаружены признаки "сухого" удара с одновременным ростом высокочастотной вибрации, необходимо вмешательство обслуживающего машину персонала с целью уточнения степени опасности, например по температуре подшипника программа рекомендует проводить измерения через каждые 5-10 дней работы подшипника. В этом случае первые результаты диагноза будут получены через месяц от начала выполнения работ по диагностике. Дальнейшие измерения, если не были обнаружены дефекты, рекомендуется выполнять с интервалом от одного до трёх месяцев.

Основной рекомендацией по выбору режима работы машины при диагностике подшипников скольжения является обеспечение одной и той же скорости ее вращения во время каждого из периодических измерений вибрации. Для диагностики используются только те группы измерений, которые уложились по частоте в диапазон ±15% от среднего значения. Для многоскоростных машин рекомендуется выбирать тот режим, в котором она работает наиболее продолжительное время, т.е. номинальный режим работы машины. Если пользователь не может обеспечить измерение вибрации подшипниковых узлов в номинальном режиме работы, он может выбрать любой из режимов, в котором условия смазки подшипника укладываются в технические требования, предъявляемые к нормальной работе подшипника скольжения.

Еще одной рекомендацией по выбору режима работы является отсутствие динамических нагрузок на подшипник от других узлов машины, особенно если эти нагрузки имеют ударный характер. При необходимости пользователю рекомендуется отключать на время измерений те узлы машины, которые могут создать ударные нагрузки на подшипник. Наиболее удобным является режим работы машины без нагрузки на холостом ходу.

Во время выполнения диагностических измерений необходимо обеспечивать стабильность частоты вращения машины. Так, частота вращения не должна изменяться более, чем на 1%. Таким образом, при диагностике подшипников машин, непрерывно изменяющих свою скорость вращения в номинальном режиме работы, необходимо переходить на специальные режимы, при которых за относительно небольшое время измерений частота вращения не изменяется выше указанных пределов.

Существуют определенные виды узлов, например, механические, в том числе зубчатые, передачи, в которых при любом режиме работы могут присутствовать характерные для них динамические нагрузки на подшипники скольжения. Для диагностики подшипников таких узлов в пакете программ предусмотрены специальные модули, обеспечивающие совместную диагностику подшипников с узлами, создающими эти нагрузки.

Все дефекты, автоматически обнаруживаемые при обработке данных измерений в программе, по глубине могут делиться на три группы: слабые (I), средние (М) и сильные (8). Если выбранный метод обработки сигнала вибрации не позволяет обнаружить слабые дефекты, как это имеет место, например, при анализе спектров низкочастотной вибрации, группа этих дефектов не рассматривается.

Все пороговые значения, используемые для обнаружения, идентификации вида и определения глубины дефекта, задаются пользователем, однако в программе или инструкции по ее использованию всегда приводятся рекомендуемые значения порогов, основанные на имеющихся у разработчиков статистических данных по диагностике подшипников с последующей их визуальной дефектацией.

При диагностике подшипников скольжения по спектру вибрации задается два пороговых значения для каждого из диагностических параметров, один из которых определяет появление сильного дефекта, а другой - среднего. Пороговые значения отсчитываются от среднего значения параметра (среднего уровня соответствующей составляющей спектра), определенного по всем предыдущим измерениям (не менее трёх), либо по группе идентичных подшипников однотипных машин (не менее пяти). Из данных предыдущих измерений автоматически исключаются ошибочные, выпадающие за границы естественного разброса случайных величин (уровней составляющих, измеряемых в дБ виброускорения). Величина рекомендуемого порога сильного дефекта составляет 20 дБ над средним уровнем соответствующей составляющей спектра. Рекомендуемое значение порога среднего дефекта (в дБ) в два раза меньше и составляет 10 дБ.

Опыт диагностики различных машин и оборудования позволяет утверждать, что предлагаемые пороговые значения при стабильном режиме работы минимизируют вероятность ошибочных решений, которая является суммой вероятностей пропуска дефекта и ложного срабатывания. При диагностике подшипников скольжения многорежимных машин оператор может установить более высокие пороги. Если машина непрерывно работает при относительно стабильных внешних условиях (температура, влажность и т.п.), а ее частота вращения и нагрузка не изменяются, значения порогов можно снизить. Это даст возможность обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития, но требует принятия индивидуальных решений о продолжении эксплуатации машины, если программой обнаружены сильные дефекты. Дело в том, что к множеству подшипников с сильными дефектами в этом случае программа относит и те, в которых глубина дефекта еще не дошла до аварийноопасных значений.

При диагностике подшипников скольжения по спектру огибающей задается три пороговых значения для каждого из видов дефектов, за исключением дефектов смазки, для которых, как и в предыдущем случае, задаются пороги сильного и среднего дефектов.

Пороги определяются в величинах (процентах) глубины модуляции для всех дефектов, кроме дефекта смазки, для которого они определяются в приращениях уровня высокочастотной вибрации, измеряемой в дБ виброускорения. Пользователю рекомендуется уточнять исходные пороги сильных дефектов по мере накопления информации о их величине, получаемой по результатам диагностики с дефектацией подшипников во время ремонтов.

В качестве отправных можно рекомендовать значения порогов сильных дефектов, составляющих для дефектов смазки 20 дБ, а для остальных видов дефектов 20% (по глубине модуляции). Пороги средних дефектов определяются автоматически, как среднее значение от порога сильного и слабого дефектов. Для дефектов смазки порог слабого дефекта отсутствует, а порог среднего дефекта составляет 10 дБ.

Порог слабого дефекта по глубине модуляции всегда определяется автоматически и зависит от чувствительности диагностической аппаратуры, используемой для выделения слабых гармонических составляющих на фоне случайных составляющих спектра огибающей "белого" шума.

6 РВС технология

6.1 Суть РВС технологии

РВС-технология -- технология восстановления изношенных узлов и механизмов ремонтно-восстановительными составами (РВС) без разборки в режиме штатной эксплуатации.

Технология, позволяющая в режиме штатной эксплуатации скомпенсировать выработки мест трения и контакта деталей машин, за счет наращивания металлокерамики - материала с куда более выгодными физико-механическими свойствами, чем стали.

Восстановление по РВС-технологии - это перечень технологических операций, конечным результатом которых является получение на поверхностях трения и контакта деталей машин металлокерамического защитного слоя (МКЗС) достаточной толщины для компенсации износа, используя ремонтно - восстановительный состав (РВС).

Образование металлокерамического защитного слоя происходит в результате прохождения реакции замещения ионов магния в узлах кристаллических структур ремонтно-восстановительного состава (РВС) на ионы железа поверхностного слоя стали (чугуна) трущихся поверхностей деталей машин. Образующиеся новые кристаллы имеют более объемные пространственные решетки, которые в своей массе приподнимаются над изношенной поверхностью, компенсируя износ. Толщина металлокерамического защитного слоя зависит от энергии, выделяемой при трении, и количества РВС, нагартовавшегося в местах трения. Здесь уместно даже говорить о частичном восстановлении формы деталей. Но, самое важное - происходит не только компенсация зазоров, но и их оптимизация, что приводит к резкому падению уровня вибраций и, как следствие - снижению энергопотребления.

Металлокерамика (или точнее керметы) обладает высокой термостойкостью, твердостью, пластичностью (по сравнению с керамикой), стойкостью к термоудару и другими свойствами металлов. Поддерживая в должном виде металлокерамический защитный слой, можно избежать необходимости замены деталей в будущем.

Если упрощенно описать принцип работы РВС, то процесс образования металлокерамического защитного слоя можно условно (т.к. нельзя воспринимать их как отдельные стадии) разделить на 4 этапа:

- суперфинишная операция и домол частиц РВС;

- очистка микрорельефа;

- плотная нагартовка частиц РВС в углублениях микрорельефа;

- операция образования МКЗС.

Суперфинишная операция

Если посмотреть на поверхность трения и контакта сопряженных деталей под увеличением, то она состоит из пиков и углублений, забитых продуктами износа и разложения масел и присадок. Рис. 10

Рисунок 10 - 1 этап.

Когда механизм включается в работу, нагрузка сближает поверхности трения, выступы микрорельефа рвут пленки, создаваемые маслом и присадками, и, набегая друг на друга, сламываются, добавляя в масло дополнительную порцию загрязнителей. В местах слома выступов происходят микровспышки, разрушающие масла и присадки (Рис.12).

При добавлении РВС выступы микрорельефа, как зубья своеобразной мельницы, размалывают частицы РВС. В местах слома при высоких температурах (температура зависит от скорости слома и твердости самого выступа и может достигать 1400oC) протекают своеобразные микрометаллургические процессы с образованием новых кристаллов. При этом остальная масса металла быстро снимает тепло из зон контакта. Это является необходимым условием для кристаллизации такого расплава. Так в местах выступов появляются первые пятна МКЗС.

Рисунок 12 2 этап. Очистка микрорельефа

Изготовленные частицы РВС - довольно крупные, если их рассматривать относительно выступов и углублений микрорельефа (Рис.13).

Выступы микрорельефа, как зубья мельницы, размалывают их. При размоле происходит интенсификация процессов микросваривания и микросхватывания, т.к. большее количество микровыступов будет сломано от контакта с частицами РВС.

Одновременно с суперфинишной операцией происходит процесс очистки микрорельефа от всех загрязнителей (продуктов износа и разложения смазок, присадок и т.д.), присутствующих на поверхности трения. Решение этой задачи закладывается на этапе изготовления РВС, его особой структурой и соответствующими добавками.



Рисунок 13 - 3 этап

Обычные моющие средства микрорельеф не вычищают. Нам же необходимо, чтобы вместо загрязнителей в углублениях находился РВС. В ходе домола РВС чисто механически, вдавливаясь противоположным выступом микрорельефа сопряженной поверхности трения, вычищает другую (Рис.14). Напоминает то, когда руки, запачканные отработкой, мы очищаем опилками или песком.

Рисунок 14 - 4 этап

Плотная нагартовка частиц РВС в углубления микрорельефа.

Чем меньше будет продуктов загрязнения, тем успешнее будет происходить очень важная стадия - плотная нагартовка домолотых частиц РВС. Именно при плотной нагартовке, в присутствии катализаторов и при энергии, выделяемой при трении, протекает реакция замещения атомов магния в кристаллических решетках РВС на атомы железа поверхностного и подповерхностного слоев металла.

Плотная нагартовка частиц РВС (Рис. 5) обеспечивается их слабомагнитными свойствами (ориентируются в определенном порядке векторами электромагнитных полей), абсолютной спайностью (вступают силы межкристаллического взаимодействия). Кроме того, они выстраиваются по направлению наименьшего механического сопротивления, а выступы микрорельефа при контакте еще и утрамбовывают частицы.

Рисунок 15 - 5 этап

При этом образуются новые кристаллы с гораздо более объемной кристаллической решеткой, в своей массе образующие слой, который, поднимаясь над поверхностью пятна контакта, компенсирует износ детали. Толщина слоев МКЗС пропорциональна количеству нагартованных частиц РВС и энергии, выделяемой при трении, и регулируется автоматически: есть энергия при трении и контакте - МКЗС растет, зазоры компенсируются, в результате чего выделение энергии снижается, прекращается реакция замещения - прекращается рост МКЗС.

Операция образования МКЗС.

Все три предыдущие операции в итоге обеспечивают плотный контакт домолотых частиц РВС к металлу поверхностного слоя. Необходимая энергия для прохождения реакции замещения - это энергия трения и контакта. Кроме того, специальные катализаторы обеспечивают протекание этой реакции уже при температурах в микрообъемах около 200oС и с относительно большой скоростью (8-16 часов непрерывной или суммарной работы механизма).

В результате в углублениях и на выступах микрорельефа образуются видоизмененные кристаллы с большими пространственными кристаллическими решетками (Рис.16), которые и образуют металлокерамический защитный слой, возвышающийся над каждым выступом микрорельефа.

Так происходит выравнивание геометрии поверхностей трения деталей машин и оптимизация зазоров в сопряжениях (Рис.17).

Рисунок 16 - 6 Этап

В природе в результате гидратации ультраосновных пород и в результате процессов серпентинизации за сотни миллионов лет происходит реакция замещения атомов Fе атомами Mg при строительстве кристаллов серпентина. Мы же нашли способ запустить этот процесс в обратном порядке. В этом суть данного изобретения.

Рисунок 17 - 7 этап

6.2 Применение РВС - технологии для восстановления узлов ж/д транспорта и на метрополитене

Рельсы на криволинейном участке пути

Место проведения: Западно-Сибирская магистраль, на главном ходу сложного 28-км-ого участка.

Результаты:(получение результатов в течение двух месяцев).

Остановка износа рельс. Частичная компенсация износа кривых участков железнодорожного полотна и подвижных участков стрелочного перевода.

Тяговая передача электровоза ВЛ80 (зубчатая пара, ст.20ХНЗА)

Место проведения: локомотивное депо Знаменка Одесской ж.д. Результаты:

до обработки по РВС- технологии:

износ шестерни - 97 %,

износ зубчатого колеса- 82%;

после обработки:

износ шестерни - 44,9% (прирост зубьев малой шестерни на 1,03 мм),

износ зубчатого колеса - 66,9% (прирост большого зубчатого колеса - 0,39 мм).

Редукторы колесной пары вагона типа Т-3М

Место проведения: Салтовское депо, г. Харьков

Результаты:

Снижение потребления электроэнергии от 10-40%

Снижение аксиального зазора на 0,04 мкм

Снижение времени разгона до 25%

Увеличение времени выбега до 10%

Дизель К661М (Ж/д крана КЖДЭ-17)

Место проведения: Цех железнодорожного транспорта АО "ХАРП", г. Харьков.

Результаты:

Увеличение компрессии 19%

Возрастание давление масла 9%

Снижение расхода топлива на холостом ходу -38%

Тепловозный дизель ТГМ-4А

Место проведения: Цех железнодорожного транспорта АО "ХАРП", г. Харьков

Результаты:

Увеличение компрессии - 52%

Возрастание давление масла- 9%

Снижение расхода топлива на холостом ходу -23%

ДВС ж/д крана КЖДЭ:

Место проведения УЖДТ ОАО "ЛГОК"

Результаты:

Повышение и выравнивание компрессии по цилиндрам, кг/см2 до обработки:

12,0___8,0____6,0___7,0____6,0____11,0 ; после обработки

22,0___22,0___22,0__22,0___22,0____22,0

Применение РВС - технологии для восстановления узлов электротранспорта позволяет:

- Снизить износ пары рельс колесо;

- Повысить твердость поверхности и увеличить срок службы подшипников;

- Упрочнить и нарастить опорные площадки поверхностей трения, что восстанавливает исходную геометрию детали при резком повышении качества поверхностного слоя.

- Уменьшение осевых и радиальных зазоров подшипников электродвигателя. Возможность их работы в течение некоторого времени при критических условиях (отсутствие смазки);

- Восстановление цилиндропоршневых групп, заднего моста, коробок передач позволяет, как минимум, на 50000 км пробега отдалить необходимость капитального ремонта автотранспорта;

- Сокращение потребления топлива:

o На холостом ходу до 10%;

o Рабочий ход до 15%

Увеличить срок службы смазок и масел в 2-3 раза

7. Безопасность и экологичность проекта

7.1 Безопасность труда при работе на компьютере

В основной части дипломного проекта рассмотрена организация диагностики с применением современных персональных компьютеров (ЭВМ).

В том числе детально был рассмотрен диагностический комплекс «Прогноз-1», базирующийся на основе ЭВМ.

Условия труда при работе на компьютере требуют рассмотрения в аспекте безопасности рассматриваемых производственно - технологических процессов, что определяет выбор темы и содержание раздела «Безопасность и экологичность проекта.»

Компьютер состоит: из монитора, системного блока и клавиатуры. Компьютер-это принятое в научно-популярной и научной литературе название ЭВМ. Монитор используется для получения на экране информации, выраженной в графическом виде. Конструкция монитора должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ± 30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ± 30° с фиксацией в заданном положении. Дизайн мониторов должен предусматривать окраску в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус монитора и ПЭВМ, клавиатура должны иметь матовую поверхность одного цвета с коэффициентом отражения 0.40.6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики. Конструкция монитора должна предусматривать наличие ручек регулировки яркости и контраста, обеспечивающие возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений.

Параметры ВДТ приведены в таблице 16.

Мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0.05м от экрана и корпуса монитора при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 7.74х10 А/кг, что соответствует эквивалентной дозе, равной 0.1 мбэр/час (100 мкР/час).

Таблица 7.1 - Визуальные эргономические параметры ВДТ и пределы их изменений

Наименование параметров	Пределы значений параметров
	Минимальный (не менее)	Максимальный (не более)
Яркость знака (яркость фона), кд/ кв. м. (измеренная в темноте)	35	120
Внешняя освещенность экрана, лк	100	250
Угловой размер знака, угл. мин.	16	60

Оптимальным диапазоном значений визуального эргономического параметра называется диапазон, в пределах которого обеспечивается безошибочное считывание информации при времени реакции человека-оператора, превышающем минимальное, установленное экспериментально для данного типа монитора, не более, чем в 1.2 раза.

Допустимым диапазоном значений визуального эргономического параметра называется диапазон, при котором обеспечивается безошибочное считывание информации, а время реакции человека-оператора превышает минимальное, установленное экспериментально для данного типа монитора, не более, чем в 1.5 раза.

Угловой размер знака-угол между линиями, соединяющими крайние точки знака по высоте и глаз наблюдателя.

Угловой размер знака определяется по формуле

a =arctg() (33)

где h-высота знака,

L-расстояние от знака до глаза наблюдателя.

Монитор, как и любое устройство, должен соответствовать определенным требованиям и стандартам. Требования на мониторы разделяют на две основные группы стандартов и рекомендаций-по безопасности и эргономике. К первой группе относятся стандарты UL, CSA, DHHS, CE, скандинавские SEMRO, DEMKO, NEMKO, а также FCC Class B. Из второй группы наиболее известны MPR-II, TCO'92, TCO'95, ISO 9241-3, EPA Energy Star, TUV Ergonomie. Вот некоторые из них:

- FCC Class B - этот стандарт разработан канадской федеральной комиссией по коммуникациям для обеспечения приемлемой защиты окружающей среды от влияния радиопомех в замкнутом пространстве. Оборудование, соответствующее требованиям FCC Class B, не должно мешать работе теле- и радио аппаратуры,

- MPR-II-этот стандарт был выпущен в 1990г Шведским национальным департаментом и утверждён ЕЭС. MPR-II налагает ограничения на излучения от компьютерных мониторов и промышленной техники, используемой в офисе,

- Российский стандарт ГОСТ 27954-88 на видеомониторы персональных ЭВМ приведен в таблице 14. Требования этого стандарта обязательны для любого монитора продаваемого в РФ.

Таблица 18 - Основные требования Российского стандарта ГОСТ 27954-88 на видеомониторы персональных ЭВМ

Характеристика монитора	Требования ГОСТ 27954-88
частота кадров при работе с позитивным контрастом	не менее 60 Гц
частота кадров в режиме обработки текста	не менее 72 Гц
дрожание элементов изображения	не более 0.1 мм
антибликовое покрытие	обязательно
допустимый уровень шума	не более 50 дБА
мощность дозы рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от экрана при 41-часовой недели	не более 0.03 мкР/с

Кроме того, данным стандартом не допускается применение взрывоопасных ЭЛТ, регламентируется степень детализации технической документации на мониторы, а так же устанавливаются требования стандартизации и унификации, технологичности, эргономики и технической эстетики, экологической безопасности, технического ремонта и обслуживания, а также надёжности. Мониторы персональных компьютеров и рабочих станций подвергаются обязательным сертификационным испытаниям по следующим параметрам:

- параметры безопасности-электрическая, механическая, пожарная безопасность (ГОСТ Р50377-92);

- санитарно-гигиенические требования-уровень звуковых шумов (СН 2.2.4/2.1.8.563), ультрафиолетовое, рентгеновское излучения и показатели качества изображения (ГОСТ 27954-88);

- электромагнитная совместимость-излучаемые радиопомехи (ГОСТ 29216-91);

Сертификат выдается только на весь комплекс вышеперечисленных ГОСТов.

Также рекомендуется наличие на экранах мониторов антистатического покрытия (antistatic coating), которое препятствует возникновению на поверхности экрана электростатического заряда, притягивающего пыль и неблагоприятно влияющего на здоровье пользователя.

Помещение с мониторами и ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение. Естественное освещение должно осуществляться через светопроёмы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, и обеспечивающие коэффициент естественного освещения (КЕО) не ниже 1.2 % в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1.5 % на остальной территории. Указанные значения КЕО нормируются для зданий, расположенных в III световом климатическом поясе.

Площадь на одно рабочее место с ПЭВМ для взрослых пользователей должна составлять не менее 6.0 м2, а объём не менее 20.0 м3.

Для внутренней отделки интерьера помещений с мониторами и ПЭВМ должны использоваться диффузно- отражающиеся материалы с коэффициентом отражения для потолка: 0.70.8, для стен: 0.50.6; для пола: 0.30.5. Поверхность пола в помещениях эксплуатации мониторов и ПЭВМ должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки и для влажной уборки, обладать антистатическими свойствами.

7.2 Нормирование электромагнитных полей на рабочих местах с компьютерной техникой

Достижение цели безопасного общения с ПЭВМ требует в первую очередь определения пределов уровней электромагнитных излучений, обеспечивающий безопасность на том расстоянии от дисплея, где обычно при работе находится пользователь компьютера, т.е. установления нормы предельно допустимого уровня (ПДУ).Эта, в общем, непростая задача нормирования ПДУ может быть решена тремя возможными вариантами.

Вариант 1. Использовать данные о корреляции отрицательных явлений в человеческом организме с частотно-амплитудными и временными характеристиками воздействующих полей. Выбрать из их совокупности минимальные параметры и по ним установить ПДУ. Хотя этот классический путь наиболее элегантен по решению проблемы, однако, практически он невыполним т.к. необходимые исходные данные отсутствуют, а получение их преднамеренно означает проведение экспериментов над людьми, что в принципе недопустимо.

Вариант 2. Основываясь на многолетних наблюдениях служб охраны труда, определить максимальные частотно-амплитудные и временные границы, ниже которых отсутствует вредное влияние полей при 8-часовом рабочем дне. Такой подход (вариант) и был принят в Советском Союзе (и перешел в систему норм ПДУ России) при нормировании ПДУ на электромагнитное воздействие. Однако при кажущейся гуманности, здесь имеется некоторое “но” - а что если последствия электромагнитного воздействия ниже ПДУ скажутся значительно позже, т.е. еще при жизни человека, но по окончании времени наблюдения, тем более что такое наблюдение ведется сравнительно недавно.

Вариант 3. При этом нормы ПДУ полей дисплея устанавливаются по среднестатистическим уровням естественного электромагнитного поля (фона) в определенных полосах частот. Электромагнитный фон существует всегда в помещениях предприятий и организаций, где используются различные электротехнические устройства - потребители электроэнергии и, соответственно, разводки силовых сетей промышленной частоты. Этот вариант создания норм ПДУ представляется наиболее правильным, так как при выполнении таких норм полностью отсутствует основание указывать на дисплей компьютера как на источник опасности.

Рассмотрим, как в настоящее время нормируется допустимое воздействия на человека электромагнитных полей от дисплеев ЭВМ.

К началу процесса бурного внедрения компьютерной техники Россия подошла слабо подготовленной не только в части решения, но и познания механизма взаимодействия человека с электронной машиной с точки зрения санитарно-гигиенических проблем. Справедливости ради следует отметить, что в Советском Союзе существовал ряд стандартов, нормирующих работу человека в различных полях и устанавливающих предельно допустимые их уровни. Однако не было документов, в которых рассматривалось бы одновременное их воздействие на работника. Некомплектная нормативная база по электромагнитной обстановке рабочих мест дополнялась слабостью метрологического обеспечения. Действительно, действующие до сих пор в России государственные стандарты (ГОСТ 12.1.045-84, ГОСТ 12.1.002-84, ГОСТ 12.1.006-87) и соответствующие им санитарные нормы (ПДУ №3206-85, СанПиН 5802-91, ВСН №2963-84) устанавливают предельно допустимые уровни напряженности электростатических полей, электрических полей промышленной частоты, полей радиочастот, магнитных полей на рабочих местах. Однако при внимательном рассмотрении этих документов становится ясным, что:

указанные стандарты относятся к специфическим производственным условиям и распространяются на персонал, обслуживающий высоковольтные электроустановки или находящийся в ближней зоне действия мощных радиостанций;

низкочастотный диапазон - до 30 кГц, за исключением одной фиксированной частоты 50 Гц, нормами вообще не охвачен;

стандарты, может быть и хорошие сами по себе, оперируют каждый только одним видом воздействия на человека, в то время как пользователь ПЭВМ находится под воздействием комплекса физических и эргономических факторов;

рекомендуемые в стандартах контрольно-измерительные приборы не учитывают ни частотно-энергетических особенностей системы “электронная машина - человек”, ни влияния самого человека на состояние полей в непосредственной близости от источника.

Исходя из сказанного, нельзя было не признать, что существующая в России система нормативов предельно допустимых уровней электромагнитных полей на рабочих местах электроустановок мало пригодна для рабочих мест с видеодисплейными терминалами и ПЭВМ. Представляется, что аналогичное положение было и в других цивилизованных государствах, где разрабатывается, производится или используется компьютерная техника.

Эти стандарты легли в основу созданных во многих странах национальных систем тестирования и сертификации - как различных дисплеев, так и ПЭВМ в целом‹ . Ценность этих документов - в комплексности решения проблемы. В этих документах не только установлены предельно-допустимые уровни полей и даны методы и средства контроля, но и даны подробные технические требования к техническим средствам для калибровки и поверки средств измерений и контроля.

Представляя нормативы излучательных характеристик дисплеев, авторы указанных выше шведских нормативных документов оговариваются, что эти нормы “не являются предельными значениями с точки зрения санитарии”, а имеют своим назначением оказание помощи пользователям в выборе подходящих для них технических средств.

В то же время исходной предпосылкой при создании норм на излучательные характеристики было то, что “устройство визуального отображения не должно увеличивать уровни излучений, имеющихся в нормальном офисе”. То есть мы видим здесь третий вариант подхода к нормированию, как наиболее гуманный. Более того, при обосновании выбранных норм, авторы главное внимание уделяют физическим факторам, оказывающим влияние на здоровье пользователей. Вероятно, эти обстоятельства привели к тому, что в большинстве стран “Шведский стандарт” был воспринят как санитарно-гигиенический, и на его основе создавались национальные нормативные акты. Директивой Совета ЕЭС от 29 мая 1990 г. № 90/270/ЕЕС данный документ введен с июня 1992 года в качестве общеевропейского стандарта.