Автоматизация диагностики долговечности ответственных объектов машиностроения
Диссертация
Впервые предложена схема построения системы предсказания аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов на примере высокоскоростного подшипникового узла турбомолекулярного вакуумного насоса ТМН 01АБ1500−004, сочетающая измерение традиционных для диагностики параметров, таких как: частота вращения, амплитуды и частоты вибрации — с нетрадиционными для диагностирования параметрами, такими как… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВАКУУМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО ТМН
- 1. 1. Анализ факторов, влияющих на производительность автоматизированного вакуумного оборудования, использующего ТМН
- 1. 1. 1. Анализ влияния надежности на производительность автоматизированного вакуумного оборудования
- 1. 1. 2. Производительность автоматизированного вакуумного оборудования, включающего ТМН при использовании системы предсказания отказов
- 1. 2. Анализ существующих систем диагностики вращающихся механизмов
- 1. 2. 1. Системы вибродиагностики общего и специального назначения, экспертные системы диагностики
- 1. 3. Система по определению работоспособности ТМН по вибрации
- 1. 4. Анализ параметров, пригодных для использования в системе предсказания отказов ТМН
- 1. 5. Выводы к главе 1
- 1. 1. Анализ факторов, влияющих на производительность автоматизированного вакуумного оборудования, использующего ТМН
- ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДСКАЗАНИЯ ОТКАЗОВ ТМН
- АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВАКУУМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
- 2. 1. Анализ силового взаимодействия элементов шарикоподшипника — основного объекта диагностики ТМН
- 2. 1. 1. Определение сил, действующих на ведущий и ведомый шарики
- 2. 1. 2. Условия проскальзывания шариков по кольцам
- 2. 1. 3. Определение типа проскальзывания
- 2. 1. 4. Расчет величины моментов трения в шарикоподшипнике на примере ТМН
- 01. АБ
- 2. 2. Анализ возможности использования «энергетического» подхода к предсказанию отказов ТМН
- 2. 2. 1. Расчет энергетических параметров ТМН 01 АБ 1500−004 при работе в штатном режиме
- 2. 3. Анализ возможности использования вибрационных параметров при анализе состояния ТМН
- 2. 3. 1. Расчет характерных частот контактирования элементов шарикоподшипника на примере ТМН 01 АБ
- 2. 4. Разработка алгоритма предсказания отказов ТМН
- 2. 5. Выводы к главе 2
- 2. 2. Анализ возможности использования «энергетического» подхода к предсказанию отказов ТМН
- 2. 1. Анализ силового взаимодействия элементов шарикоподшипника — основного объекта диагностики ТМН
- 3. 1. Разработка методики проведения экспериментов по исследованию износа подшипникового узла ТМН
- 3. 1. 1. Калибровка ТМН по параметрам «мощность, потребляемая двигателем
- 3. 1. 2. Определение максимального допустимого износа сепаратора подшипникового узла ТМН
- 3. 1. 3. Определение работы, затраченной шариками по износу сепаратора в подшипниковом узле подвески ротора ТМН
- 3. 1. 4. Проведение предварительного исследования по определению максимально допустимой работы, совершенной шариками по износу сепаратора, используя значение максимально допустимого износа сепаратора
- 3. 2. Описание экспериментального стенда
- 3. 3. Задачи стенда
- 3. 4. Экспериментальное исследование зависимости мощности, потребляемой двигателем, от впускного давления ТМН
- 3. 5. Экспериментальное определение критерия работоспособности ТМН
- 3. 5. 1. Исследование подшипников, отказавших при работе ТМН
- 3. 5. 2. Исследование продуктов износа шарикоподшипника ТМН
- 3. 5. 3. Примерная оценка значения работы, совершенной шариками по износу сепаратора до критического износа
- 3. 6. Выводы к главе 3
- 4. 1. Рекомендации по выбору диагностических признаков при оценке параметров работоспособности ТМН
- 4. 1. 1. Оценка работоспособности ТМН по параметру вибрация
- 4. 1. 2. Оценка работоспособности ТМН по параметру мощность, потребляемая двигателем ТМН
- 4. 2. Рекомендации по выбору системы измерения, передачи и обработки информации
- 4. 3. Рекомендации по разработке программного обеспечения системы предсказания отказов ТМН
- 4. 4. Расчет экономического эффекта от внедрения системы предсказания отказов ТМН
- 4. 5. Экономическая эффективность инвестиционного проекта внедрения системы предсказания отказов
- 4. 5. 1. Оценка инвестиционного проекта по сроку окупаемости (РР — Payback
- 4. 5. 2. Оценка инвестиционного проекта по критерию учетной доходности APR (Accounting Rate of Return).. Ill
- 4. 5. 3. Оценка инвестиционного проекта по критерию чистой дисконтированной (приведенной) стоимости (эффекту) NPV (Net Present Value)
- 4. 5. 4. Оценка инвестиционного проекта по критерию внутренней доходности (IRR
- 4. 5. 5. Оценка инвестиционного проекта по критерию индекса рентабельности (PI -Profitability Index)
Список литературы
- Авакян В.А. Исследование качества монтажа подшипников электрических машин путем вибродиагностики // Электротехника.- 1980.- № 8.-С.29−33.
- Александрова А.Т. Оборудование электровакуумного производства М.: Энергия, 1974.-384 с.
- Артоболевский И.И., Бобровницкий Ю. И., Генкин М. Д. Введение в акустическую динамику машин М.: Наука, 1979.- 296 с.
- Ашинов С.А. Исследование автоматизированного оборудования для нанесения тонких пленок в вакууме с целью повышения его производительности и надежности: Автореф. дис.. канд. техн. наук, — Москва, 1982.- 16 с.
- Бароне П.П., Звиедрис А. В., Салениекс Н. К. Надежность и качество механических систем Рига: Авотс, 1982.- 85 с.
- Баршдорф Д. Методы диагностирования механизмов вращения // Техническая диагностика.: Тез. докл. 3 Междунар. симп. ИМЕКО.- Берлин, 1983.-С. 122−123.
- Басманов М.С. Система диагностики турбомолекулярных вакуумных насосов (ТМН) с использованием энергетического параметра износа // Студенческий вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана, — М., 2004.- С. 37−42.
- Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б. В., Перель Л. Я. Подшипники качения М.: Машиностроение, 1975. — 572 с.
- Бендат Д., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа М.: Машиностроение, 1983.- 312 с.
- Ю.Биргер И. А. Техническая диагностика М.: Машиностроение, 1978.240 с.
- П.Блинов И. Г., Данилин Б. С., Пупко В. А. Вопросы эксплуатации надежности установок вакуумного напыления // Электронная техника. Технология и организация производства.- 1970.- № 3.- С.100−116.
- Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел М.: Машиностроение, 1968. — 542 с.
- Браун С., Дантер Б. Анализ вибрации роликовых и шариковых подшипников // Конструирование и технология машиностроения.- 1979.- Т. 101, № 1.- С.65−72.
- Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов /Ф.Я. Балиц-кий, М. А. Иванова, А. Г. Соколова и др.- М.: Наука, 1984.- 120 с.
- Волчкевич Л.И. Надежность автоматических линий М.: Машиностроение, 1969.-308 с.
- Генкин М.Д., Соколова А. Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов М.: Машиностроение, 1987.- 282 с.
- ГОСТ 21 098–82. Цепи кинематические. Методы расчета точности. М., 1984.- 26 с.
- ГОСТ 27.002−83. Надежность в технике. Термины и определения. М., 1983.- 30 с.
- ГОСТ 27.503−81. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности.- М., 1982 55 с.
- Гущин И.В. Исследование и разработка системы диагностики элементов вакуумного оборудования: Автореф. дис.. канд. техн. наук.- Москва, 1997.- 16 с.
- Данилин Б.С. Вакуумная техника в производстве интегральных схем -М.: Энергия, 1972, — 256 с.
- Деулин Е.А. Исследование вводов вращения высоковакуумного напыли-тельного оборудования с целью создания унифицированных конструкций: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Москва, 1971.- 16 с.
- Деулин Е.А. Основы теории проектирования механизмов автоматизированного сверхвысоковакуумного оборудования: Дис. .док. тех. наук.-Москва, 1987. 640 с.
- Деулин Е.А., Басманов М. С., Ивченко Е. А. Система диагностики турбо-молекулярных вакуумных насосов (ТМН) // Вакуумная наука и техника.: 10 Всерос. конф.- Судак (Крым), 2003.- Т.1.- С.313−316.
- Деулин Е.А., Демихов К. Е., Басманов М. С. Компьютерная диагностика турбомолекулярных вакуумных насосов // Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин.: Меж-дунар. конф, — Самара, 2003.- Т1.- С.223−227.
- Деулин Е.А., Папко В. М., Юрков Ю. В. Влияние надежности вакуумных подшипников качения на производительность автоматизированного технологического оборудования // Технологическое оборудование.: Тез. докл. 5 Всесоюз. Конф.- Москва, 1979.- С. 38−44.
- Дэшман С. Научные основы вакуумной техники М.: Мир, 1964. — 716 с.
- Калявин В.П., Мозгалевский А. В. Технические средства диагностирования JL: Судостроение, 1984. — 227 с.
- Камышный Н.И., Папко В. М., Юрков Ю. В. Внутренние силы и момент трения шарикоподшипников в вакууме // Известия ВУЗов. Машиностроение.- 1977.- № 12, — С. 48−53.
- Камышный Н.И., Скляров А. Ф., Юрков Ю. В. Анализ отказов пар трения в вакууме и перспективы создания новых механизмов // Проблемы автоматизации и надежности оборудования в электронной технике.- 1978.-№ 4, — С. 92−122.
- Каталог фирмы «Edwards Vacuum Equipment». Crawly (England), 1978. -133 с.
- Каталог фирмы «Leybold-Heraeus». — Hanay (Germany), 1986. 12 с.
- Катал or фирмы «RIBER UHV Short Form 608.10C.22. Manipulation: Single Motion Feedtrough». RUEL Malmaison (France), 1988. — 38 c.
- Каталог фирмы «RIBER». — RUEL Malmaison (France), 1988. -810 c.
- Каталог фирмы «VARIAN. Varian Vacuum Products». Italy, 1995/1996. -446 c.
- Киселёв М.И., Новик Н.В, Пронякин В. И. Регистрация параметров крутильных колебаний валопровода турбогенератора // Измерительная техника. 2000. — № 12. — С. 34−36.
- Киселёв М.И., Пронякин В. И. Фазовый метод исследования циклических машин и механизмов на основе хронометрического подхода // Измерительная техника. 2001. — № 9. — С. 15−18.
- Коллакот Р.А. Диагностирование механического оборудования. Л.: Энергия, 1980.- 296 с.
- Костецкий Б.И. Износостойкость деталей машин М.: Машгиз, 1950. -168 с.
- Крагельский И.В., Добычин М. Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. -М.: Машиностроение, 1977. 525 с.
- Крагельский И.В., Любарский И. М., Гусляков А. А. Трение и износ в вакууме М.: Машиностроение, 1973.- 216 с.
- Кужман А.Г. Повышение надежности узлов трения сверхвысоковакуум-ного технологического оборудования: Дис. .канд. техн. наук. Москва, 1987.-215 с.
- Марпл С.Л., Цифровой спектральный анализ -М.: Мир, 1987.- 135 с.
- Мелехин Ю.А. Разработка и исследование высокопроизводительного периодического действия вакуумного оборудования для осаждения пленочных элементов микросхем: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Москва, 1974.-31 с.
- Мягков А.Т. Основы теории проектирования вибрационных технологических устройств и машин для производства полупроводниковых микроприборов и интегральных микросхем: Дис. .док. техн. наук. — Москва, 1975.-344 с.
- Немцов М.В., Светлакова И. И. Электротехника Ростов-н/Д.: Феникс, 2004.- 567с.
- Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов М.: Машиностроение, 1971.-223с.
- Патент РФ № 1 835 065. Способ диагностики технического состояния циклически нагруженных элементов вакуумного оборудования / Е.А. Де-улин, Д. Р. Ахмадиев // Б.И.- 1993.- № 30.
- Перель Л.Я., Филатов А. А. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник М.: Машиностроение, 1992. -524 с.
- Пинегин С.В. Трение качения в машинах и приборах М.: Машиностроение, 1976. — 264 с.
- Повышение надежности исполнительных механизмов УВН. Анализ путей развития оборудования для нанесения тонких пленок в вакууме /С.А.Ашинов, И. Г. Блинов, Е. А. Деулин и др. М.: ЦНИИ «Электроника», 1978−40с.
- Проников А.С. Надежность машин М.: Машиностроение, 1978. — 591 с.
- Пупко В.А. Исследование производительности и экономической эффективности вакуумного напылительного оборудования для изготовления тонко пленочных интегральных микросхем: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Москва, 1969. — 22 с.
- Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учебное пособие для вузов М.: Высшая школа, 1990.- 320 с.
- Розанов Л.Н. Вакуумные машины и установки Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ие, 1975.- 336с.
- Рябов В.Т. Исследование автоматизированных процессов сборки блоков сверхминиатюрных ламп с целью повышения надежности и производительности сборочных машин: Автореф. дис. .канд. техн. наук.- Москва, 1978.- 16 с.
- Сиротин Д.В., Чернов А. В., Пугачева Е. А. Проявление торсионных вибраций электропривода в токовом сигнале асинхронного двигателя // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2006. — № 4.- С.40−42.
- Соколова А.Г. Методы акустической диагностики зарождающихся эксплуатационных дефектов механизмов // Точность и надежность механических систем. 1984. — С. 38−48.
- Соколова А.Г. Методы и средства технической диагностики // Приборы, средства автоматизации и системы управления ЦНИИТЭИ приборостроения. 1981. — № 1, — С.5−39.
- Солодовников В.В., Плотников В. Н., Яковлев А. В. Теория автоматического управления техническими системами М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1993.-492с.
- Спицын Н.А., Атрас С. Г., Цыплянова Н. С. Потери на трение в подшипниках качения — М.: НИИНавтопром, 1968. 103 с.
- Спицын Н.А., Иванов В. Н. Пути создания особо быстроходных подшипников // Подшипник. 1953. — № 4. — С. 1−7.
- Спицын Н.А., Машнев М. М., Красовский Е. Д. Опоры осей и валов машин и приборов М.: Машиностроение, 1970. — 519 с.
- Старостин Н.Ф. Движение шарика в радиально-упорном подшипнике //Труды Всесоюз. научн.-исслед. конструкр.-технол. ин-та подшип. промети. 1968.- № 1.- С. 42−53.
- Степаньянц Ю.Р. Исследование автоматизированных процессов сборки электронно-оптических систем цветных кинескопов с целью повышения точности и производительности сборочного оборудования: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Москва, 1979. — 16 с.
- Техническое описание и инструкция по эксплуатации многофункциональной платы ввода/вывода JIA-1.5 PCI-14 / АОЗТ «Руднев-Шиляев». -Москва, 2001. -40с.
- Филимонов В.Ф. Инструкция по определению работоспособности тур-бомолекулярных насосов по вибрации -М.: п.о. Обь, 1987.- 15с.
- Харкевич А.А. Борьба с помехами М.: Машиностроение, 1965.- 265 с.
- Хруничев Ю.А. Автоматические сборочные станки в электровакуумном производстве // Автоматизация сборочных работ в приборостроении.: Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции. Москва, 1975.- 160 с.
- Хруничев Ю.А. Анализ производительности оборудования для производства электронных приборов // Электровакуумное машиностроение.1978. -№ 2. -С. 46−71.
- Цветков Ю.Б. Исследование автоматизированных установок совмещения и экспонирования для фотолитографии с целью повышения их производительности и точности: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Москва, 1979. 16 с.
- Цыфанский C. JL, Мачоне М. А. Использование нелинейных свойств для обнаружения дефектов в машинах и механизмах // Техническая диагностика.: Тез. докл. 3 Междунар. симп. ИМЕКО, 1983.- С. 104−196.
- Чуев Ю.В., Михайлов Ю. Б., Кузьмин В. И. Прогнозирование количественных характеристик процессов М.: Сов. радио, 1975.- 400с.
- Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов -М.: Машиностроение, 1973. 639с.
- Юрков Ю.В. Исследование шарикоподшипников, работающих в автоматизированном вакуумном технологическом оборудовании: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Москва, 1981. — 16 с.
- Явленский А. К., Явленский К. Н. Теория динамики и диагностики систем трения качения JL: Изд-во ЛГУ, 1978.- 184 с.
- Явленский К. Н., Явленский А. К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем Л.: Машиностроение, 1983.- 239 с.
- Bently D.E. Proximity Measurement for Engine System Protection and Malfunction Diagnosis // Noise Control Vibration and Insulation.- 1977.- V. 8, N 2, — P. 37−39.
- Board D.B. Incipient failure detection for helicopter drive trains // American Institute of Aeronautics and Astronautics Pap.- 1977.- N. 898.- P. 1−11.
- Harting D.R. Demodulated Resonance Analysis A Powerfull Incipient Failure Detection Technique // Instrument Society of America Transactions.-1977.- V.17,N.l.- P. 35−40.
- MatLab The Language of Technical Computing. Using MatLab / MathWorks, Inc.- London, 1997.- 516 p.
- Steward R.M. Detection of Rolling Element Bearing Damage by Statistical Vibration Analysis // Transaction of the ASME. Journal of mechanical design.- 1978.- V. 100, № 2.- P. 3−23.
- Sturm A., Kinsky D. Diagnostics of Rolling-Element Bearing Condition by Means of Vibration Monitoring under Operating Conditions // Measurement (London 2), 1984.- № 2.- P. 58−62.
- Rb := — -радиус шарика, do := -средний диаметр,
- Dv := Do-Db -диаметры по желобам внутреннего и наружного колец подшипника соответственно, 1. Dn:= D0+ Db
- Rv := -у -радиусы по желобам внутреннего и наружного колец подшипника соответственно, 1. Dn1. Rn := — 2еь := 2.1 • io6 -модули упругости первого рода для материалов шарика, внутреннего и наружного колец подшипника соответственно,
- Enk := 2.1 • 106 Evk := 2.1 • 106
- Rgv:= Rb kotr -радиусы желобов внутреннего и наружного колец подшипника соответственно, 1. Rgn := RgцЗс := —---границы области сочетания коэффициентов трения (рис. 2.8), 1. Rb кц4с := 1 + — Rb
- Qpa := —+ —Fr'q. -нормальные реакции на шарик внутреннего и наружногоz-sir (a) z-cos (a)колец подшипника соответственно от нагрузки на подшипник, Fa Fr•q1. Qpb := —ЭТ ±ГТ
- Определяем разность главных кривизн в точках контакта шариков с внутренним (cos ta) и наружным (costb) кольцами: 11. СоэтаRg^Rv1. Cosxb :=2 J11. Rb Rv Rgv111. Rgn Rn21 11. Rb Rn Rgn
- Cosxb = 0.931 Costa = 0.954k3a := 0.556 -коэффициенты зависящие от cost, k3b := 0.630
- Qa := Qpa + у -нормальная реакция на шарик внутреннего кольца,
- Момент трения верчения в контакте шарика с одним из колец:1−2 2 Г 1 IV
- Mvu:= 0.638- 10 -k4 • — + — -ца-Оа VRb R vj1. Mvu= 4.892×10 3
- Определяем момент трения подшипника во время заклинивания:
- Mtrzak:= RvjicQcsk + f— + cos (a)^ k—уЦ- + z-Mvusir (a) V Rb J sir (a)
- Mtrzak= 19.404 H’MM Д := Rv- цс • Qcsk Д = 17.058 Mmin:= Mtrzak- Д Mmin= 2.346n := 340 -частота вращения ротора ТМН, Гц w := 2 3.14 г -круговая частота вращения ротора ТМН1. Mtrzak1. Nmax :=. • w1. V 1000 J
- Nmax =41.431 Мощность, затрачиваемая ТМН на преодоление максимального момента сопротивления, Вт
- Nmin := , — w — Мощность, затрачиваемая ТМН на преодоление минимальногомомента сопротивления, Вт
- Nmin= 5.008 delta := Nmax- Nmitdelta = З6.422 Разница максимальной и минимальной мощности, Вт
- Оптический датчик с ислольъобанаеы кдарцебсео стекле
- Впускной патрубок ТМН, 2- Кварцевые каналы, 3- Оптронный блок, 4- Галогенная лампа, 5- Фотоэлемент, 6- Вентилятор, 7- Крепежный элемент.
- Оптический датчик с использованием оптоШоконнш проводников
- Fs=fb*(0.5-(Db*cos (alfa)/(2*Do)))-1. Fbs=fb*Db*cos (alfa)/d-1. Firb=(fb-Fs)*z-1. Forb=Fs*z-
- W=ia.*ua+ib.*ub+ic.*uc % Рассчет общей мощности % figure % zoom on