19.3. Методы диагностирования

Состояние объекта диагностирования оценивается по результату выполнения возложенных на него функций (функциональное диагностирование) или по реакции на создаваемое внешнее воздействие на объект диагностирования (тестовое диагностирование).

Функциональное диагностирование состоит в обработке информации, характеризующей качество функционирования объекта диагностирования. Для этого необходимо определить характер снимаемой информации, выбрать точки в объекте диагностирования для ее съема и момент съема.

Техническое состояние объекта диагностирования в процессе его функционирования оценивается по различным внешним признакам. Например, по сопутствующему нагреву отдельных деталей или вообще тепловому полю, создаваемому объектом диагностирования при его функционировании. Большие возможности для оценки технического состояние объекта диагностирования с поврежденными элементами вращательного и поступательного движения имеют виброакустические методы.

Тестовое диагностирование требует специальных генераторов, которые вырабатывают тестовые воздействия, подаваемые в объект диагностирования и стимулирующие его реакцию. По степени отклонения реакции объекта диагностирования от номинальной судят о его техническом состоянии. Тестовое диагностирование осуществляют как на функционирующих объектах диагностирования, так и на нефункционирующих. При тестовом диагностировании нефункционирующего объекта диагностирования может потребоваться введение его в режим диагностирования.

Методы и средства разнообразны, соответственно различаются точностью и объективностью, классифицируются по нескольким признакам: области и степени применения, глубине диагностирования, объему информации, видам диагностической информации, принципу диагностирования. По области применения методы диагностики могут различаться в зависимости от того, в какой период они применяются: при изготовлении машины, монтаже, эксплуатации, подготовке и проведении ТО и Р. По степени применения средств диагностирования (контрольно-измерительных приборов и инструментов) методы диагностирования могут быть субъективными, выполняемыми с использованием простейших технических средств или без них, и объективными, т. е. с использованием средств диагностирования, которые могут специально подключаться для диагностирования и действовать автоматически.

Субъективные методы отличаются наибольшей простотой и наименьшей точностью, включают внешний осмотр, остукивание наружных деталей, определение температуры структурной единицы и прослушивание их работы.

По глубине диагностирования машины методы диагностирования разделяются на общие и поэлементные (углубленные).

Диагностирование с применением приборов.

В зависимости от принципа работы контрольных средств все известные методы неразрушающего контроля в соответствии с ГОСТ 18353–79 разделяются на виды: акустический, магнитный, оптический, радиационный, тепловой, радиоволновой, электрический, вихретоковый и проникающими веществами.

Механический метод основан на измерении геометрических размеров деталей, зазоров в сопряжениях, усилий, давлений и скоростей элементов дорожных и грузоподъемных машин. В качестве средств, применяемых в этом методе, используются самые разнообразные мерительные инструменты: линейки, штангенциркули, нутромеры, индикаторы, шаблоны, щуры, динамические ключи, ключи предельного момента, манометры, компрессоры и т. д.

Электрический метод заключается в непосредственных замерах силы тока, напряжений, мощности, сопротивлений и других электрических параметров. Перспективность этого метода заключается в возможности определения режима работы электрических приводов, угловых и линейных зазоров, крутящих моментов, давлений и температуры. Средствами для реализации этого метода являются стрелочные ампервольтметры, измерительные мосты, разнообразные датчики перемещений, усилий, крутящих моментов и давлений, тахогенераторы, термопары и т. д.

Магнитные методы технического диагностирования основаны на регистрации магнитных полей рассеивания, возникающих над дефектами, или на определении магнитных свойств контролируемых объектов. Их классифицируют по способам регистрации магнитных полей рассеивания или определения магнитных свойств объекта диагшностирования: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, эффекта Холла, индукционный, пондемоторный.

Области применения: дефектоскопия, измерение толщины, контроль структуры и механических свойств. Одним из самых распространенных методов обнаружения дефектов является магнитопорошковый метод, с помощью которого выявляют преимущественно поверхностные дефекты: трещины, расслоения, надрывы и др.

Вихретоковый метод основан на измерении магнитных сопротивлений, изменений магнитного потока и магнитной проницаемости. Применяют его для определения технического состояния металлоконструкций, канатов дорожных и грузоподъемных машин и др. Для этого используют накладные или проходные индуктивные датчики и датчики магнитной анизотропии. Преимущества метода: возможность проверки большого числа параметров объектов диагностирования; не требуется электрического или механического контакта датчика с объектом диагностирования; быстрота проведения измерений и малая их трудоемкость; сравнительная простота реализации дистанционного технического диагностирования деталей, установленных в малодоступных местах машин, возможность измерения толщины листа, стенки труб и других деталей при одностороннем доступе; возможность автоматизации контроля и проведения контроля быстродвижущихся объектов диагнеостирования.

Акустические методы основаны на измерениях упругих колебаний, распространяющихся по структурным единицам в результате соударения движущихся деталей при работе механизмов объекта и называемых структурным шумом, характер которого изменяется по мере изнашивания. Уровень шума или вибраций оценивают с помощью электрических стетоскопов и специальных шумомеров.

Ультразвуковой метод может быть использован для контроля состояния ответственных деталей из поковок, штамповок, проката, термообработанных отливок, пластмассы, сварных соединений, а также для измерения толщины деталей. Сущность метода состоит в том, что направленные ультразвуковые колебания вводятся в элемент объекта диагностирования от специального пьезометрического датчика, перемещаемого по торцу этого элемента, например вала. На границе двух сред ультразвуковой луч отражается и фиксируется на экране электронно-лучевой трубки. При наличии, например, трещины, на экране прибора возникает дополнительный импульс. Можно определить не только наличие дефекта, но и его координаты.

Методы неразрушающего контроля проникающими веществами (капиллярные и течеискания) по характеру взаимодействия веществ с объектом диагностирования являются молекулярными, по первичному информационному признаку могут быть жидкостными или газовыми, по способу получения первичной информации – яркостными, цветными, люминесцентными, химическими, акустическими, галогенными, и т. д.

Капиллярные методы предназначены для обнаружения поверхностных дефектов изделий малых размеров (трещин, раковин, пор), обладающих свойствами капиллярных трубок. Эти методы диагностирования просты в работе и высокопроизводительны, надежны при выявлении даже незначительных по размерам дефектов. Капиллярные методы делятся на люминесцентный и цветной (хроматический). Сущность первого метода состоит в том, что под действием внешнего облучения молекулы индикаторного вещества, которым пропитывается поверхность объекта диагностирования, получают избыточную энергию и переходят в возбужденное состояние, что сопровождается излучением, которое называют люминесценцией. Второй вид капиллярного метода – цветной метод основан на выявлении дефектов с помощью ярко окрашенных проникающих жидкостей. Технологический процесс технического диагностирования этим методом мало, чем отличается от люминесцентного. Цветной метод диагностирования прост по сравнению с люминесцентным методом, не требует ультрафиолетового источника света, а контроль производят визуально при дневном свете.

Радиационные методы технического диагностирования машин основаны на законе ослабления интенсивности излучения, проходящего через объект диагностирования. Радиационный контроль объекта диагностирования предполагает наличие источника ионизирующего излучения и детектора, регистрирующего диагностируемую информацию. При прохождении через изделие ионизирующее излучение ослабляется – поглощается и рассеивается. Степень ослабления зависит от толщины и плотности объекта диагностирования, а также от интенсивности и энергии излучения. При наличии в объекте диагностирования внутренних дефектов интенсивность и энергия выходящего пучка излучения резко изменяются.

Радиоволновые методы технического диагностирования применяют для проверки качества и геометрических размеров изделий из диэлектрических материалов (из стеклопластика, пластмассы, резины, термозащитных и теплоизоляционных материалов, бумаги, фибры и т. д.), для измерения влажности материалов, толщины металлического листа.

Оптический метод технического диагностирования предполагает в качестве основного контрольного прибора глаз человека. Визуальный контроль с применением оптических приборов называют визуально-оптическим, так как он, так же как и визуальный осмотр, наиболее доступен и прост при обнаружении поверхностных дефектов деталей.

Преимущества визуально-оптического метода технического диагностирования: несложные средства контроля, сравнительно малая трудоемкость и простота контроля. Недостатки: недостаточная достоверность и чувствительность.

Фотоэлектрический метод применяют для измерения линейных и угловых люфтов и зазоров в сопряжениях деталей. При этом используют фотоэлектрические датчики угловых и линейных перемещений. Применение этих средств диагностики обусловлено простотой их конструкций и высокой чувствительностью.

Тепловой метод в качестве диагностического метода получил распространение в основном как термометрический. Термометрия – это измерение температуры деталей дорожных и грузоподъемных машин. С помощью термометрии можно определять деформацию элементов машины, вызванную неравномерностью нагрева отдельных частей, состояние подшипниковых узлов, смазочных систем, тормозов, муфт сцепления. Термометрию закрытых механизмов машины можно производить с помощью термометров сопротивления, а температуру структурных единиц, имеющих наружные поверхности, с помощью термоиндикаторных красок или термоиндикаторов плавления. Термоиндикаторы обладают свойством изменять цвет при достижении определенной температуры, называемой температурой перехода.

Методы технического диагностирования по составу масел наиболее универсальны и широко применяются для экспресс-оценки состояния двигателей, элементов трансмиссии, гидравлических систем управления, а также смазочных материалов и рабочих жидкостей.

Основными диагностическими параметрами в этих случаях являются концентрация, дисперсионный и элементарный составы механических примесей, кинематическая вязкость масла, кислотное и щелочное числа, а также содержание воды в масле. С точки зрения диагностирования состояния основных систем машины (двигателя, трансмиссии, гидросистемы управления) наиболее информативны первые три показателя.

Прогнозирование изменения технического состояния машин и их элементов может также осуществляться методами экспертных оценок, физического и математического моделирования.