Технологии

Акустико-эмиссионная диагностика одна из составляющих технической диагностики. Назначение акустико-эмиссионной диагностики состоит в повышении надежности эксплуатации оборудования, аппаратуры, механизмов в период их эксплуатации, увеличении ресурса, вследствие обслуживания по техническому состоянию.

Метод акустико-эмиссионной диагностики обладает преимуществами перед другими технологиями контроля:

• высокой чувствительностью к развивающимся дефектам,
• не требует специальной подготовки поверхности,
• представляет интегральную информацию.
• Акустико-эмиссионная аппаратура, созданная более 40 лет назад, для непрерывного контроля целостности ядерных реакторов, превратилась из дорогостоящей элитной техники, в доступный для десятков отраслей, инструментарий неразрушающего контроля.

Основными источниками формирования акустико-эмиссионных сигналов в оборудовании являются подшипниковые узлы и зубчатые передачи. Подшипниковый узел генерирует акустико-эмиссионный сигнал в широкой полосе частот с различными амплитудами, возрастающими по мере:

• разрушения беговых дорожек и тел качения подшипника;
• нарушения условий смазки, недостатка смазки;
• износа посадочных мест;
• дефектов монтажа.

Наиболее информативным диапазоном частот для целей диагностики подшипников являются частоты 20-300 кГц. Поэтому в акустико-эмиссионном приборе ИРП-12 – индикаторе ресурса подшипников, разработанном и выпускаемом с 1999г используется данный диапазон частот.                                                                                                                                                               

2000 -2004 г. проводились работы по конструированию и внедрению – сборщика данных АРП-11 анализатора ресурса оборудования.

Для создания эффективных диагностических приборов недостаточно определение диапазона частот их работы, требуется проанализировать процессы происходящие при эксплуатации подшипников и зубчатых передач, а также информацию, которую несут параметры акустической эмиссии.

Эксплуатация подшипников- это процесс трения твердых тел в подшипниковом узле, который в зависимости от условий проведения (внешняя среда, геометрия контакта и т.д.) приводит к разным видам изнашивания:

• Адгезионное изнашивание
• Абразивное изнашивание
• Усталостное изнашивание - возникает в процессе многократного силового и температурного взаимодействия пятен контакта при трении. В окрестностях пятен контакта возникают необратимые изменения структуры поверхностного слоя, образования пор, появлению микротрещин объединяющихся в макротрещину, с появлением частиц износа.
• Кавитационное изнашивание
• Коррозионное изнашивание - вызывают окислительные процессы совместно с тепловым и механическим воздействием.
• Адсорбционно-коррозионно-усталостное изнашивание распространено в узлах трения эксплуатируемых в условиях граничной смазки.
На основании параметров А.Э. мы получаем важнейшую диагностическую информацию о работе узлов трения.

Таблица № 2. Источники и измеряемые параметры акустической эмиссии.

Источники А. Э.	Измеряемые параметры А. Э.	Информация параметров А. Э.
1.Упругое взаимодействие, удары	Частотный спектр	Природа источника
2. Изменение напряженно-деформированного состояния	Амплитуда	Энергия источника
3.Пластическая деформация разрушения
4. Изменение структуры и поверхностей трения	Скорость счета	Скорость развития дефектов
5. Образование микротрещин	Распределение импульсов во времени	Тип развивающегося дефекта
6. Образование частиц износа
7. Выкрашивание поверхностей

Чем выше закладываемые в разработку прибора характеристики, тем выше достоверность диагностики, требуемая глубина обнаружения. К примеру прибор АРП-11 в состоянии различать дефекты от 7-9 микрон (мехпримеси в смазке).

Главным диагностическим параметром АРП-11 устанавливается интегральный параметр Д, Параметр Д функционально связан с ресурсом обследованного подшипникового узла, выраженным в % от расчетного срока эксплуатации.

Графическая интерпретация диагностического параметра D прибора АРП-11 в зависимости от километров наработки и ресурса в процентах подшипникового узла транспортного оборудования (электровоза ЧС-6).

Кривая А1 - А - В - С - D - Е в координатах D - параметр АРП-11, и Т - пробег в километрах подшипникового узла транспортного оборудования (электровоза ЧС-6).

Точки тренда (Рис. 1) соответствуют следующим состояниям подшипника при отсутствии дефектов смазки и монтажа:

• А1 – качество монтажа и конструктивных элементов подшипникового узла. А1=0,3 – 0,35 А.
• А – накопление усталостных микротрещин в приповерхностном слое дорожек и тел качения.
• Участок А-В – развитие поверхностных микротрещин, зарождение пятен выкрашивания на телах и дорожках качения.
• Участок В-С – развитие трещин на телах и дорожках качения, приводящее к выкрашиванию раковин, начало интенсивного износа сепаратора, рост пятен выкрашивания
• Участок С-D – образование мелких раковин, небольших трещин
• Участок D-Е – образование крупных раковин, сквозных трещин на кольцах подшипника.

Вследствие того, что ресурс подшипника в отраслях с непрерывным циклом эксплуатации оборудования:

• энергетика
• нефтехимия
• металлургия и др

Учитывается в часах наработки, а на транспорте с периодическим циклом эксплуатации в км. пробега, в методику расчета в приборе АРП-11 вводится универсальный параметр Д – величина ресурса подшипникового узла в %.

Можно утверждать вследствие вышеизложенного, что современная а. э. технология контроля, в частности прибор АРП-11 позволяет решать задачи диагностирования, так и прогнозирования. Приводим примеры различных видов дефектов, обнаруженных с помощью АРП-11.

Именно решение задачи прогнозирования важно для перехода к обслуживанию машинного оборудования по техническому состоянию. Механику, энергетику, мастеру необходима не столько констатация факта, сколько определение срока службы оборудования или следующего профилактического осмотра, не менее необходима данная информация экономистам и управленческому персоналу

В 2006 году на базе АРП-11 разработан и внедрен в 2007 году 4-канальный с радио модемом прибор для стенда диагностики буксовых узлов грузовых вагонов.

Внедрена в производство и эксплуатируется на базе прибора АРП-11\7 семиканальная система диагностики подшипниковых узлов КП локомотивов на стенде САМ.

В 2008 году прошла успешные испытания бортовая система диагностики АРП-11 на электропоезде ЭР-2Т.

При внедрении бортовых систем диагностики локомотивов и вагонов на ж.д. транспорте необходимо отметить назначение и их преимущества:

Назначение

Бортовая акустико-эмиссионная система диагностики колесно-моторных блоков предназначена для постоянного комплексного контроля состояния колесно-моторных блоков электровозов в эксплуатации и позволяет: контролировать состояние элементов колесно-моторных блоков в режиме реального времени; оперативно информировать локомотивную бригаду и работников депо о возникающих неисправностях и формировать рекомендации по движению, обслуживанию и мониторингу; накапливать результаты мониторинга с целью детального анализа и формирования базы данных; выполнять долгосрочный прогноз технического состояния;

Преимущества

• оперативный контроль технического состояния;
• непосредственная передача данных оперативному персоналу;
• возможность перехода на выполнение периодических регламентных работ по фактическому состоянию;
• возможность сокращения объемов смазочных работ и экономии смазочных материалов;
• возможность увеличения межремонтных пробегов и сокращения простоев на ремонте.

Состав бортовой систем диагностики

• комплект акустико-эмиссионных датчиков;
• каналы связи;
• комплект блоков АРП 11 7
• персональный компьютер
• радиомодем

Область применения прибора при диагностики ответственного, сложного и энергоемкого оборудования в отраслях:

• энергетика
• транспорт железнодорожный
• транспорт городской
• водный транспорт
• нефтехимия
• химическая промышленность
• газовая промышленность
• городское хозяйство
• навиация
• металлургия
• и, конечно, горнодобывающая.

ПО прибора совмещается с ПО ПК Windows XP для создания базы данных, трендов, форм отчетности.

Разработана программа « Помощь пользователю» при загрузке базы данных с прибора в ПК и при управлении АРП-11.

Стоимость АРП-11 зависит от сложности ПО и для стандартного оборудования - в 2раза дешевле импортных а.э. приборов.

В отличие от других а. э. приборов диагностирование прибором АРП-11 не требует инженерной квалификации и начальная подготовка составляет всего 5 дней.

В приборе АРП предусмотрены следующие функции:

• Данные измерения должны сохраняться после полной разрядки аккумулятора и защищены от несанкционированного доступа.
• Предусматривается адаптация различных языков для пользователей прибора в его ПО.
• Учитывая следующие преимущества акустико-эмиссионных обследований подшипниковых узлов и зубчатых передач
  прибором АРП-11:
  высокая скорость диагностирования
  достоверность диагностирования не менее 98%
  cкоростной интерфейс с персональным компьютером;
  возможность сохранения работоспособности до минус100С;
  возможность анализа полученных данных непосредственно на действующем оборудовании;
  возможность идентификации вида дефекта и его геометрических параметров;
  возможность дополнительной обработки результатов измерения при помощи специального программного приложения;
  возможность создания базы данных диагностируемого оборудования;
  эргономичный, влагозащищенный корпус

Мы считаем, что за данной диагностикой будущее по применению в различных отраслях.