Физика явления акустической эмиссии

Введение

В настоящее время на НПЦ газотурбостроения "Салют" пользуются системой планово-предупредительного ремонта (ППР) станков, разработанной ещё в 1950-е годы в НИИ металлорежущих станков (ЭНИМСе).

Согласно указаниям ППР для профилактики станка требуются полная разборка и визуальный осмотр каждой детали механизма станка. Это очень долгий и трудоемкий процесс, но менее затратный для предприятия, чем выход станка из строя во время работы.

Дополнительной проблемой является отсутствие унификации в станкостроении, где производители постоянно стремятся выделиться новшествами среди конкурентов. В результате оператор станка, даже имеющий опыт работы, редко знаком с конструкционными особенностями всех моделей станков, т.к. в процессе его обучения рассматриваются лишь общие принципы работы станков разных типов.

В то же время разработаны и применяются современные методы диагностики и профилактического обслуживания станков, к которым относится вибродиагностика.

Вибрационная диагностика — метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией, обусловленной структурой исследуемого объекта. Вибрационная диагностика, как и другие методы технической диагностики, решает задачи поиска неисправностей и оценки технического состояния исследуемого объекта.

При вибрационной диагностике как правило исследуются временной сигнал или спектр вибрации того или иного оборудования. Также применяется кепстральный анализ (кепстр — анаграмма слова спектр).

При вибрационной диагностике анализируются виброскорость, виброперемещение, виброускорение.

В качестве диагностических параметров могут выступать следующие:

• ПИК — максимальное значение сигнала на рассматриваемом интервале времени;
• СКЗ — среднее квадратическое значение (действующее значение) сигнала для рассматриваемой полосы частот;
• ПИК-фактор — отношение параметра ПИК к СКЗ;
• ПИК-ПИК — (Размах) разница между максимальным и минимальным значением сигнала на рассматриваемом интервале времени;
• SPM - метод ударных импульсов, основанный на использовании специального датчика с резонансной частотой 32 кГц и алгоритма обработки ударных волн малой энергии, генерируемых подшипниками качения вследствие соударений и изменений давления в зоне качения этих подшипников (Эдвин Сёхль, SPM Instrument, Швеция, 1968г.);
• EVAM - Аббревиатура EVAM является сокращением от "Evaluated Vibration Analysis Method", что в переводе означает "Метод анализа вибрации с оценкой состояния". Метод EVAM® объединяет в себе различные общепризнанные методики анализа вибросигналов вместе с программными средствами практической оценки состояния оборудования на основе результатов такого анализа. Поддерживается программно и аппаратно, как и метод SPM, оборудованием и ПО производства фирмы SPM Instrument AB (Швеция)
• SPM-M: пик-фактор на резонансной частоте акселерометра (ООО Бифор) (1980г.)
• RPF: пик-фактор высших частот вибрации механизмов (1982г.)
• VСС – контроль степени кондиции смазки (1995г.)
• ARP: распределение амплитуд импульсов сухого трения в узлах машин (2001г.)
• Entropy- вибрационно-энтропийная оценка состояния узлов машин (2002г.)

Из датчиков вибрации наиболее часто применяются акселерометры (вибропреобразователи ускорения) пьезоэлектрические датчики.

Этот метод диагностики станка позволяет обнаружить мелкие неисправности и проявления усталости в механике станка без его разборке и при определенном навыке может проводиться одним-двумя сотрудниками.

Для проведения диагностики в простейшем варианте необходимы один акселерометр, чертежи станка и полная информация по всем двигателям, подшипникам, зубчатым и ременным передачам, шариково-винтовым парам. Как правило, эта информация есть в технической документации.

Вначале специалист изучает чертежи станка и определяет точки, в которых будет устанавливаться акселерометр. Это сложная операция, но она проводится только 1 раз для каждого станка - даже станки одного и того же типа часто отличаются по конструкции.

Второй этап - для полностью рабочего станка специалист поочередно устанавливает акселерометр в разных точках, снимая эталонные показатели вибрации в разных местах конструкции. На этом подготовка завершается.

После примерно месяца эксплуатации станка специалист вновь устанавливает акселерометр в нужных узлах и снимает показания.

По изменениям вибрации в разных местах станка специалист определяет износ или мелкие поломки в механике станка.

В то же время информация о состоянии станка содержится не только в его вибрационных , но и в акустических сигналах.

Цель представленного дипломного проекта заключается в снижении простоев станочного парка за счет использования системы виброакустического диагностирования станка. Разработка системы ведётся в соответствии с результатами проведённого анализа текущего состояния вопроса по виброакустической диагностике машин и механизмов.

Глава 1. Основы теории виброакустики и акустоэмиссии

Пассивные методы акустического контроля и диагностики

К пассивным методам отнесены те, которые не требуют намеренного возбуждения акустических сигналов в объекте контроля. Такие сигналы возникают в самом объекте при его эксплуатации. Наиболее известными на текущий момент являются два таких метода:

• акустико - эмиссионный метод, когда упругие волны возникают за счет энергии, запасенной в среде, металле конструкции, энергоносителе, при силовом взаимодействии отдельных узлов или сред между собой. Наиболее широко используют упругие волны, возникающие при деформировании и разрушении (трещинообразовании) материала конструкции, истечении жидкости или газа через неплотности;

• вибродиагностика, когда определяют параметры колебаний конструкции под воздействием эксплуатационных факторов, в первую очередь динамических нагрузок.

Физика явления акустической эмиссии

Под акустической эмиссией (АЭ) будем понимать возникновение в среде упругих волн, вызванное изменением ее состояния под действием внешних и внутренних факторов. Такое изменение всегда происходит дискретно хотя бы на микроскопическом уровне. Поэтому АЭ явление, сопровождающее едва ли не все физические процессы в твердых телах и на их поверхности, и возможность ее регистрации при протекании большинства процессов определяется чувствительностью аппаратуры. АЭ возникает как в микропроцессах, обусловленных движением мельчайших элементов структуры твердых тел, так и в макроявлениях связанных с разрушением агрегатов и конструкций. Поэтому регистрация АЭ предоставляет широкие возможности для исследования твердых тел, взаимодействия их между собой, с жидкими и газообразными средами, а также для создания контрольно-измерительных устройств и средств диагностики материалов и конструкций в процессе их эксплуатации.

Явление излучения упругих волн твердыми телами известно с середины прошлого столетия в форме «крика олова», возникающего при деформировании олова и слышимого невооруженным ухом, однако в течение многих десятилетий оно не находило практического применения. С 50~x годов 20-го века регистрация акустических сигналов стала применяться на практике для прогнозирования внезапных выбросов в шахтах. Почти одновременно началось систематическое изучение АЭ в конструкционных материалах.

Особенно интенсивно приступили к исследованиям и разработкам в области АЭ в середине 60-х годов в связи с насущной необходимостью создания систем предэксплуатационного и эксплуатационного контроля особо ответственных объектов - корпусов ракет и ядерных реакторов, трубопроводов АЭС других крупных инженерных сооружений. Достоинство систем АЭ - контроля диагностики - возможность регистрации сигналов, возникающих достаточно далеко от преобразователя, что позволяет не проводить сканирования объекта присущего обычным методам контроля. Поэтому АЭ- системы практически безынерционны и потенциально надежны из-за отсутствия перемещения преобразователей. Эти достоинства послужили основой для широкого развертывания работ по созданию АЭ - систем эксплуатационного контроля объектов и связанных с ними методических и аппаратурных разработок и исследований самого явления. Однако само явление АЭ и причины, его порождающие, оказались более сложными, чем считалось в 60-х годах. По-видимому, конец 70-х годов следует рассматривать как начало второго этапа исследований в области АЭ, когда была осознана вся сложность проблем, возникающих при разработке АЭ — систем контроля, создана исследовательская аппаратура, накоплен определенный экспериментальный материал, создана база для оперативной автоматической обработки данных, достаточная для решения как исследовательских, так и технических проблем.

Развитие вычислительной техники и электроники в конце 90-х годов открыли новые возможности в области АЭ - диагностики и дали новое направление развития, в частности, в автомобилестроении.

Наиболее перспективными областями практического применения АЭ считаются обнаружение возникновения и развития растрескивания материалов, в частности, при коррозии под напряжением (стресс - коррозии).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: