Савинов Ю. И., к-т техн.наук, директор центра отраслевой диа­гностики технологического оборудо­вания ФГУП «НПО»Техномаш»

В настоящее время большинство отече­ственных предприятий проводят обслужи­вание станков или по системе планового-предупредительного ремонта (ППР) [1] или эксплуатируют оборудование до его отказа или поломки. При проведении капитальных ремонтов происходит полная разборка станков, с последующей дефектацией деталей и комплектующих на основе их осмотра. По существу используется «социалистический принцип» органи­зации работ, люди загружены, а экономи­ческого эффекта практически нет. Поэтому требуется для поддержания работоспособ­ности оборудования значительное коли­чество слесарей-ремонтников и электрон­щиков. Для сравнения, на заводах фирмы 8КР вышеприведенные способы обслужи­вания оборудования из-за своей низкой эффективности запрещены, а обслужи­вание выполняется на основе фактиче­ского состояния. Эта методика исполь­зуется на большинстве промышленных предприятий развитых стран.

Современные методы обслуживания позволяют одновременно снизить стоимость ремонтных работ и повысить их качество, так как проверяется не только состояние деталей станка, но и качество сборки [2], наличие перекосов подшипников или шестерен при сборке, есть ли излишнее биение шпинделей, валов, выставлены ли винты ШВП относи­тельно направляющих и т. д.

Наиболее информативным инстру­ментом для идентификации параме­тров оборудования является получение его вибрационных характеристик [3]. Так известно, что амплитуды вибрации станков непосредственно отражаются на обработанной детали, что и определяет точностные показатели [4,5]. При работе станков возникает широкий спектр коле­баний, природа которых имеет как стаци­онарный, так и нестационарный характер. Могут действовать как вынужденные колебания, так и автоколебания. В свою очередь автоколебания различаются при производительной работе (резании) и при работе на холостых ходах. Поскольку динамические составляющие сил резания в   большинстве   случаев   имеют   нелинейный характер, то для идентификации элементов станка более всего подходит режим его функционирования на холостом ходу. В этом режиме вибрационные характеристики станка в целом определя-

ются работой его деталей и узлов, требующих диагностики. При работе на холостом ходу, в условиях незначительного уровня вибраций, требуется применение высокочувствительной аппаратуры,позволяющей фиксировать необходимые частотные характеристики и суммировать с целью расчета средних значений.

Колебания валов узлов станков явля­ются основными источниками вибраций, причем их частотные составляющие и величины амплитуд определяются как дефектами отдельных элементов, установленных на валах, так и погрешностями сборки и эксплуатации. Особенностью вибраций вращающихся узлов является то, что наибольшие амплитуды наблюдаются в радиальном направлении, причем вибрационный сигнал имеет способность хорошо передаваться по корпусным деталям. Поэтому, при установке датчика на корпусе узла, можно получить информацию о вибрационном состоянии каждого подшипника, каждой шестерни, деталей шариково-винтовых пар и ременных передач. При этом следует учитывать, что вибрационный сигнал значительно затухает при передаче его через сопряжение между деталями, особенно корпусными. Также наблюдается значительное затухание вибрационного сигнала на кожухах. В любом случае, надо избегать установки акселерометра на тонкостенные детали, выбирая место для установки на корпусе диагностируемого узла.

При работе оборудования в подшипниках генерируются вибрации в широком частотном диапазоне. Кроме очевидной причины — конструктивных особенностей подшипников, состоящих из нескольких элементов, совершающих сложное дви¬жение с различными угловыми скоростями, к вибрации приводят неточности деталей. К ним относятся разностенность наружного и внутреннего кольца, некруглость и шероховатость тел качения и дорожек качения колец, погрешности, вызванные дефектами сборки узлов, в том числе перекос наружных и внутренних колец, дисбалансом вращающихся валов.

Ряд погрешностей возникает при эксплуатации: износ беговых дорожек колец, образование на них задиров, износ тел качения и сепаратора, некруглость тел вращения, образование трещин в сепараторах.

Особенное положение в работе шпин-дельных узлов занимают подшипники скольжения, при работе которых могут возникнуть автоколебания. Как показывает практический опыт, они возникают на частоте, равной половине частоты вращения вала.

Значительные амплитуды вибраций наблюдаются на частотах, связанных с неуравновешенностью валов. Причинами могут быть как погрешности в изготовлении и сборке валов, так и дефекты, возникшие при эксплуатации. Они проявляются на частоте вращения вала, а также на частотах, кратных ей. При соединении валов муфтами, которые имеют дефекты изготовления, дефекты проявятся на частоте вращения вала, а при соединении муфтами не имеющими дефектов, но установленных с перекосами, возникнут колебания с двойной частотой вращения.

Колебания в зубчатых передачах часто являются причиной возникновения вибраций в узлах металлообрабатывающего оборудования, что ведет к увеличению деформаций как в самих шестернях, так и в валах, где они установлены [6].

Время для проведения диагностики одного станка в цеху 2-3 часа. Предварительно, перед испытаниями, создается управляющая программа, в которую вводятся параметры подшипников, шестерен, шариково-винтовых пар, устанавливается частотный диапазон для измерения вибрационных характеристик и показатели, характеризуюшие динамику работы узлов и деталей станка, выбираются опорные точки для установки акселерометра, показанные на рис. 1.

При выполнении работы используется всего один акселерометр, поочередно устанавливаемый в выбранные точки. Затем выполняются измерения и расшифровка данных, в течение одного

часа. Суммарно, в течение четырех часов выполняются все измерения и диагностика станка, с выдачей экс­пертного заключения.

По результатам вибродиагно­стических испытаний, оценивается техническое состояние (без раз­борки станка) деталей каждого под­шипника, шестерни или ременной передачи, шарико-винтовых пар и т. д. На получаемом графике экс­периментальные данные, т. е. изме­ренный спектр вибраций, сопо­ставляется с расчетными данными. Идентифицируются виды дефектов, а их величина определяется отно­шением значений амплитуд сиг­налов на частотах, характеризующих дефекты, к среднеквадратичному значению экспериментально полу­ченного сигнала.

По результатам проведенных испытаний возможно представ­ление итоговых результатов или в виде таблицы дефектов каждой детали, или в графическом виде, согласно схеме состояния деталей станка с описанием дефектов. Пример приведен для токарно-карусельного станка модели 1 М512 МФ3 на рис. 2. В качестве критерия, на основе стастистических данных, принята допустимая величина износа 10%. Детали, име­ющие износ более 10%, подлежат замене, другие имеющие меньший износ допустимы к работе.

Как видно из схемы состояния деталей станка модели 1 М512 МФ3 № 1, имеется следующий износ:

—  в поворотном столе износились под­шипники 3614, 3618 и 2316;

—  в продольном приводе изно­сился винт ШВП и шарики, подшипники 206 и 1000917, роликовые опоры Р88-102;

—  в вертикальном приводе износи­лась гайка и шарики ШВП, подшипники 9116 и 1000917. 

Из приведенного примера следует, что для станка, подошедшего, согласно графику выполнения планово-предупре­дительных ремонтов (ППР) [1] к прове­дению капитального ремонта (с полной разборкой), реально необходимо выпол­нить только ограниченный объем работ.Важно, что в случае полной разборки на узлы и на детали, мы получим расши­ренный список дефектных подшипников, т. к. демонтаж всегда связан с мощными «нештатными» воздействиями на детали, от чего они приходят в негодность. Автору приходилось неоднократно убеждаться, что узлы станка вращались, даже обеспечивали необходимую точность, а при проведенной необдуманной разборке оказывалось, что в подшипниках сломаны сепараторы, деформированы их кольца, а также проявились задиры на посадочных поверхностях в разобранных узлах. Но ведь до разборки узел был работоспособен и не мог подшипник вращаться при разрушенном сепараторе. Таков результат разборки узлов на детали с помощью выколоток. Зато с бумажной отчетностью все в порядке — объем работ произведен, бюджет освоен…

А при обслуживании по фактическому состоянию, когда требуется лишь частичный разбор узлов, где имеются дефектные детали, реально необходимый объем работы составляет не более 30% по сравнению с затратным методом,согласно ППР. Ощутимо сокращается время ремонта, так как можно заранее заказать необходимые для замены комплектующие.В Центре отраслевой диагностики создана база данных, включающая тысячи подшипников российского и зарубежного производства, несколько десятков шариково-винтовых пар и моделей отечественных и импортных станков, которые уже отработаны при заводских испытаниях, что позволяет значительно сократить время испытаний и упростить работу заводских служб.

В Центре работают высококвалифицированные сертифицированные специалисты. Планируется обучение на каждом предприятии Роскосмоса групп специалистов, которые будут проводить измерения по разработанным ФГУП «НПО «Техномаш» программам с последующим анализом и выдачей заключения о состоянии оборудования (Рис. 3). Отработана и осуществляется удаленная диагностика технологического оборудования, когда управляющие программы и результаты измерений передаются по сети, что позволяет выполнить диагностику станка, расположенного в любом регионе, в течении одного дня, используя имеющуюся базу данных.

Список литературы:

1.В. И. Клягин, Ф. С. Сабиров. Типовая система технического обслуживания и ремонта метал­лорежущего и деревообрабатывающего обору­дования. М.: Машиностроение, 1988 г. 672 стр.

2.Ю. И. Савинов, Определение параме­тров механических систем станков. Станки и инструмент, № 10, 2010 г., стр. 8-10.

3.А. В. Барков, Н. А. Баркова, А. Ю. Азовцев, Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации: Изд. Центр СПбГМТУ, 2000 г.

159 стр.

4.Ю. И. Савинов, Удаленная диагностика деталей станков. РИТМ, № 1, 2012 г., стр. 58-61.

5.Ю. И. Савинов, Шаронов С. В., Патент на изобретение № 2399033, Способ опреде­ления люфтов в приводе станка, зарегистриро­вано 10.09.2010 г.,

6.Ф. М. Диметберг и др. Вибрации в технике: Справочник, Москва, Машиностроение, 1980 г., Том 3, 544 стр.