Науково-методологічні основи забезпечення стабільних експлуатаційних характеристик машин на базі моніторингових систем багатопараметричного діагностування

Модель оптимального проектування за критерієм мінімуму повних очікуваних витрат розглядається у вигляді задачі нелінійного математичного програмування про пошук мінімуму функціоналу з обмеженнями у вигляді нерівностей і обмеженнями у вигляді рівностей:

_____________

при наступних обмеженнях у вигляді нерівностей: (умова забезпечення експлуатаційної стабільності машин протягом розглянутого терміну експлуатації):

_____________

за умовами фінансової забезпеченості технічних обстежень і ремонтів машин, які проведені в момент часу :

_____________

і при обмеженнях у вигляді рівностей, що визначають структуру векторів обстежень і ремонтів у контрольних точках , ():

_____________

У залежностях (2)-(5): ,- відповідно координати векторів обстежень і ремонтів; - вартість j-го виду обстеження в момент часу ; - параметр дисконтування витрат (середня доходність економічної діяльності, яка визначається банківською відсотковою ставкою з капіталу); - вартість проведення ремонту j-го конструктивного елементу в момент часу ; - середня величина збитків, до яких призводить відмова машини; - імовірність безвідмовної роботи машини; - значення імовірності безвідмовної роботи машини, нижче якої експлуатація повинна бути припинена; - сума коштів, яка відображає финансові можливості організації на технічне обслуговування машини (величина може визначатися з норм щорічних амортизаційних відраховувань, які в середньому по організаціях складають приблизно 5% від кошторисної вартості машини).

Застосування моделі (2)-(5) на практиці дозволяє прийняти економічно раціональне рішення по складанню конкретного плану-графіка проведення ревізій машин.

Проведений аналіз математичної моделі оптимізації обстежень машин за критерієм мінімуму повних очікуваних витрат показав, що розроблена модель може бути ефективною та використана для визначення залишкового ресурсу машин, оцінки їх фактичного стану, розробки перспективних конструктивних змін у машинах із метою продовження терміну їх роботи. Ефективність запропонованої системи технічної діагностики машин і механізмів доведена результатами практичної їх реалізації.

У шостому розділі “Оцінка технічного стану механізмів та вузлів машин” розглядаються основні особливості технічної діагностики на прикладах зубчатих передач та підшипникових вузлів, як найбільш розповсюджених типових елементів машин.

З метою проведення технічної діагностики зубчатих передач на основі системного аналізу запропоновано застосування портативних датчиків контролю - ферозондових перетворювачів, які дозволяють фіксувати зміни магнітного поля над дефектною ділянкою. Шляхом проведеного числового експерименту для різних параметрів зубчатих коліс за допомогою математичних моделей визначені наступні характеристики сигналів:

· інформаційний сигнал про злом одного зуба;

· залежність вихідного сигналу вимірювального перетворювача від

спрацювання зубців шестерні;

· інформаційний сигнал про утворення раковини в зубі;

· інформаційний сигнал про утворення тріщини;

· сигнал, який несе інформацію про биття валу шестерні.

При цьому встановлено, що при зломі зубця інформаційний сигнал може бути визначено шляхом вирахування еталонного й реального сигналів; при спрацюванні зубців пропорційно зменшується амплітуда сигналу датчика. Змінення параметра від 0 до 0,2 мм відповідає зміні амплітуди сигналу на 1,5 - 2%; дефект в зубі у вигляді тріщини або викришування викривляє форму високочастотного вихідного сигналу датчика, який відповідає зубу з дефектом; биття валу шестерні викликає низькочастотну складову, яка обумовлена амплітудою сигналу. Проведений порівняльний аналіз показав, що розходження експериментальних даних із даними, які одержані шляхом теоретичного розрахунку, не перевищують 7-8%.

За результатами досліджень одержана залежність, яка характеризує процес зносу зубців тягової передачі транспортних машин від пробігу у вигляді:

_____________;

_____________;

_____________;

_____________;

_____________;

де _- знос зубців тягової передачі; - число взаємодій зубців колеса за одне обертання колесної пари; - коефіцієнт, який враховує климатичні умови роботи машини; - пробіг машини (км); - відповідно функції, які враховують залежність інтенсивності зносу зубців від товщини мастильного шару, характеристик абразивних домішок; зниження твердості активних поверхонь; зростання внутрішніх динамічних навантажень; твердості робочих поверхонь зубчатих коліс у вихідному стані; - п'єзокоефіцієнт в'язкості мастила (м/Н²) та динамічна в'язкість () при сталому режимі роботи тягової передачі; - відповідно концентрація абразивних домішок у мастилі в відсотках за об'ємом; середній розмір та середня границя витривалості абразивних часток; - коефіцієнт, який приводить функцію до значення, рівного відношенню числа абразивних часток у мастильному шарі до числа точок мікровиступів на рівні; Ф^* - нормальна стандартна функція; - відповідно швидкості ковзання, кочення (мм/с) та приведений радіус кривизни (мм), який визначається в розрахунковій точці контакту .

Вирішене питання дослідження залежностей похибок вимірів амплітуд та частот від змісту вищих гармонік у сигналі. Експериментально встановлено, що при наявності вищих гармонік у сигналі до 5% похибка вимірів не перевищує 1,6% за амплітудою та 0,95% за частотою.

З метою дослідження вихідного сигналу, як функції часу, побудовано дискретна функція перетворювання датчика, яка встановлює зв'язок між параметрами зубця та характеристиками вихідного сигналу. Для діагностування похибок зчеплення в зубчатих передачах застосовано квантування кутів звороту ведучого та відомого ланцюгів. Отримані результати апробовані та використані для оцінки спектрального складу кінематичної похибки досліджуваного механізму.

Розроблена методика діагностування технічного стану зубчатих механізмів дозволяє на базі створеної моніторингової системи визначити діагностичні параметри, оцінити поточний стан та залишковий ресурс зубчатих механізмів, зробити висновок про необхідність проведення ремонтно-відновлювальних робіт, демонтаж, тощо.

Розроблена моніторингова система діагностики підшипників кочення, яка базується на застосуванні методу аналізу спектру обвідної його високочастотної вібрації сумісно зі спектральним аналізом низько та середньочастотної вібрацій. При цьому були вирішені наступні питання: підготовлено обладнання для виміру вібрації та автоматичної діагностики (аналізатор спектру вібрацій 795М і тестер стану підшипників 77Д11); проведено вибір місць для виміру вібрації; здійснено внесення в базу даних (інформаційна модель) основних конструктивних характеристик підшипника; за допомогою програми „MONITOR-S” реалізовані операції замірів вібрації, виконана статистична обробка даних. Створене діагностичне програмне забезпечення надає можливість проводити заміри величин пікфакторів і середнє квадратичних значень низько, середньо та високочастотної вібрації в полюсі частот 10-25 кГц; вести автоматичний розрахунок його рівня; автоматично встановлювати види дефектів із зазначенням імовірності їхнього виявлення; мати вірогідну діагностику за результатами однократних замірів.

Приклади застосування методу спектру обвідної для підшипників кочення показані на рис.3. Застосування моніторингової системи діагностики на практиці показало, що вірогідність отриманих результатів однократних замірів перевищила 90%.

Розроблені алгоритми та математичні моделі моніторингової системи реалізовані при проведенні технічної діагностики зубчатих передач та підшипникових вузлів мостового електричного крана (див. 9 розділ).

У сьомому розділі “Застосування математичного моделювання в задачах діагностування вібраційних машин” на прикладі грохота ГСТ 61(199-Гр) розглянуті практичні питання проектування моделей вібраційних машин за допомогою створених моніторингових систем технічного діагностування.

Запропонована методика проектування моделей заснована на геометричній подобі моделі і натурного об'екту та на виконанні певних співвідношень між вібраційними й жорсткосними параметрами. При цьому математичне моделювання вібраційних машин будується на основі виконання таких умов: напруга у всіх розрізах моделі повинна дорівнювати напрузі у відповідних розрізах натурного об'єкту; коефіцієнти динамічності при коливаннях моделі та натурного об'єкту у всіх елементах повинні бути однаковими.

Для проведення моніторингової діагностики була виготовлена модель вібраційного грохота ГСТ 61 (199-Гр), масштаб моделювання 1:4. Натурні випробування моделі грохота здійснювались для різних режимів експлуатації: пуску, холостому та робочому ходу, вибігу. Проведено вибір технічних засобів та програмно-апаратного комплексу для статистичної обробки експериментальних даних.

З метою оцінки експлуатаційної надійності та збору статистичної інформації за відмовами роботи проведені спостереження за роботою вібраційних грохотів на металургійних підприємствах Дніпропетровської області за період 2002-2004 р. Середній термін дії одиниці устаткування за час спостереження складав 5570 машино-годин. Спостереження проводилися за 10-ма машинами. Вихід із ладу вібраційної машини пов'язаний із тертям шару сипучого матеріалу, ударами часток матеріалу по робочому органу короба, а також дією агресивних середовищ, обумовленою хімічним складом матеріалу. За результатами експериментальних досліджень потоку відмов, аналізу напружено-деформованого стану та максимальних значень параметру пошкодження (0,73-0,955) визначено місця для розташування чутливих елементів на моделі грохота ГСТ 61(199-Гр). Схема розташування чутливих елементів на грохоті приведена на рис.4.

Застосовуючи підхід розпізнавання технічного стану машин (розділ 3), за допомогою програми "MONITOR-S" були оброблені дані вимірювань грохота ГСТ 61 (199-Гр) та скоректовано комплекс норм вібрацій та напруг, середні значення для кожної точки контролю , що послужило основою для інформаційної моделі й побудови еталонної поверхні стану об'єкту.

Проведені натурні випробування моделі грохота дозволили побудувати поверхні стану для різних значень параметру пошкодження w (рис. 6). Порівняння поточного та еталонного стану здійснювалося оцінкою кутів між нормальними векторами, які проведені у відповідних точках поверхні. Аналіз залежності косинуса кута між векторами та параметром пошкодження коробу показав, що на ділянки пошкодження w =0,7-0,9 спостерігається різке збільшення кута між векторами, що на практиці призводить до руйнування конструкції.

З метою уникнення цього явища надано рекомендації щодо зміцнювання конструкції грохота та зниження частоти коливань у критичних точках конструкції. Так, при w=0,7, що відповідає 2200 годинам праці, грохот можна використовувати, якщо посилити його короб у відповідних точках ребрами жорсткості, провести відбортовку коробу зверху й знизу, а також посилити опорний вузол віброзбудника.

У восьмому розділі «Реалізація результатів математичного моделювання в задачах технічного діагностування машин із гнучким зв'язком” розглянуто питання математичного моделювання машин із гнучким зв'язком в різних умовах експлуатації, наведена методика проведення їх комплексної технічної діагностики й моніторингових випробувань.

Вперше розроблена узагальнена математична модель машин із гнучким зв'язком у вигляді системи нелінійних диференціальних рівнянь із початковими та граничними умовами, яка враховує інерційні та пружні сили, взаємодію та взаємний зв'язок складових частин системи.

Запропонована динамічна модель машини із гнучким зв'язком у просторовому випадку описується нелінійною системою гіперболічних рівнянь:

______________

де - одинична матриця розміром 6х6,

Тут:__- модуль Юнга; - площа поперечного перерізу гнучкої зв'язуючої ланки до розтягання; - первісний діаметр гнучкого зв'язку до розтягання; - проекції компонент відносної швидкості на вектори дотичної, нормалі і бінормалі; - кут, який утворюється відносною швидкістю в Ейлеровій системі координат.

Застосування розробленої математичної моделі дозволяє визначити найбільш небезпечні режими експлуатації машини та критичні умови роботи всіх її підсистем, дослідити статичні та динамічні характеристики з метою подальшої побудови діагностичної моделі та надання прогнозу щодо оцінки працездатності машини.

Ретельне вивчення питань моделювання позаштатних ситуацій при заклинюванні вантажного канату показало, що при збільшенні швидкості руху вантажного канату відбувається різке збільшення коефіцієнту динамічності. При цьому похибка моделювання складає 1-3%.

На основі проведених досліджень запропонована методика комплексної діагностики машин із гнучким зв'язком, яка складається з прогнозування зміни технічного стану за часом, техніко-економічного аналізу зміни напружено-деформованого стану в залежності від варіантів виконання ремонтних робіт, аналізу імовірності отриманих оцінок технічного стану.

У дев'ятому розділі «Діагностична модель мостового електричного крана”з метою визначення залишкового ресурсу, установлення та усунення дефектів побудована діагностична модель мостового електричного крана загального призначення. Проведено повне технічне обстеження крана, яке полягає в перевірці справності електрообладнання, обстеженні металоконструкції крана, а також у виявленні дефектів та відмов у роботі механізмів.

Результати обстеження та математичного моделювання ввійшли в базу даних інформаційної моделі, на їх основі побудована матриця стану крана, у яку ввійшли також її паспортні дані, технічні характеристики та результати попередніх технічних обстежень.

Вибір діагностичних параметрів здійснювався переходами t₁, t₂, t₃, t₄ за допомогою сіток Петрі).

Дослідження сітки Петрі показали, що структурні параметри, які знаходяться в позиціях Р₁, Р₃, Р₄, Р₆, Р₇ , можна вважати діагностичними.

Інформаційна модель мостового електричного крана доповнювалася змінними під час експлуатації вібраційними характеристиками зубчатих передач. В процесі моніторингових досліджень розглядалася в режимі реального часу зміна віброшвидкості, вібропереміщення та віброприскорення за період повного циклу роботи крана.

На рис.8 показано графік вібропереміщення, по якому можна визначити параметри для балансування веденого вала. Розклад у ряд Фур'є сигналу, який проходить за один зворот вала, дозволяє одержати рівні вібрацій для кожної гармоніки частоти обертання вала.

Відображення спектрів за часом у вигляді спектрограми (рис.9) дозволяє простежити за зміненням гармонік коливань та контролювати по рівню сигналу про ступінь приробітки зубчатої передачі або про початок її зруйнування.

Статистична обробка масивів вимірювань показала, що вихідні сигнали розподілені за нормальним законом. Імовірність сумарної помилки розпізнавання дорівнює 0,0043 при вибраних відношеннях сигнал/шум 1,5. Зменшення відношення сигнал/шум до 1 і 0,7 призводить до істотного збільшення сумарної помилки до 0,012 і 0,512 відповідно.

Значення головних діагностичних параметрів у різні моменти часу заносились в базу даних інформаційної моделі, що послужило основою для вирішення задачі прогнозування зміни діагностичних параметрів мостового електричного крана. В результаті проведених досліджень були одержані наступні залежності, які визначають спрацьованість деталей та вузлів за часом t мостового електричного крана:

- спрацьованість шийки вала підшипника ковзання;

- спрацьованість гальмового шківа механізму головного піднімання;

- спрацьованість крюка підвіски механізму головного піднімання;

- спрацьованість реборд ходових коліс крана;

- спрацьованість реборд ходових коліс візка.

За даними інформаційної моделі були побудовані поверхні граничного стану, які зрівнювалися з поверхнями поточного стану, таким чином, оцінювався інтервал часу досягнення параметром свого граничного значення, яке характеризує його залишковий ресурс. За допомогою програми «MONITOR-S» були обчислені залишкові ресурси головних діагностичних параметрів: 0,47 року - спрацьованість шийки вала підшипника ковзання; 0,86 року - спрацьованість гальмового шківа механізму головного піднімання; 2,43 року - спрацьованість крюка підвіски механізму головного піднімання; 3,75 року- спрацьованість реборд ходових коліс крана; 2,69 року- спрацьованість реборд ходових коліс візка. За мінімальним значенням моменту часу досягнення граничного стану одного з параметрів можна визначити момент наступного технічного обстеження.

ВИСНОВКИ

В роботі розв'язана актуальна науково-технічна проблема забезпечення стабільних експлуатаційних характеристик машин на основі створення та впровадження моніторингових систем багатопараметричного діагностування, що є логічним та перспективним напрямом подальшого підвищення ефективності використання технічної інфраструктури держави.

Впровадження систем багатопараметричного діагностування машин сприяє ефективному використанню енергетичних, матеріальних, фінансових, людських ресурсів, зниженню екологічного навантаження на навколишнє середовище та задовольняє зростаючі потреби сучасного суспільства.

Особливої актуальності ця проблема набуває в умовах перехідної економіки, яка характеризується обмеженістю вільних ресурсів і необхідністю інтенсивної експлуатації машин та механізмів, навіть при наявності високого рівня вичерпаності їх нормативного ресурсу.

1. Запропонована й обґрунтована з позицій загальної теорії систем концепція системи моніторингу машин, як цілісної, відкритої, організованої й адаптивної системи, що дозволила обґрунтувати її організаційну структуру і функції, заходи щодо удосконалення адаптивності, стратегію оптимізації і методи прикладного проектування.

2. Сполучення математичних, технологічних і організаційних компонентів у рамках єдиної стратегії моніторингової системи багатопараметричної діагностики машин визначає її відмінность в порівнянні з існуючими аналогами та сприяє виконанню основних функцій, пов'язаних з реконфігурацією структури і змісту системи, періодичним аудитом і коректуванням. Крім вирішення традиційних задач технічного діагностування на основі моніторингових досліджень стає можливим вирішення нових задач аналізу і подовження терміну експлуатаційної придатності фізично зношених або морально застарілих машин.

3. Розроблено комплекс функціонально взаємопов'язаних моделей, алгоритмів і комп'ютерних програм багатопараметричного діагностування, що включає в себе інформаційні та алгоритмічні моделі, системи визначення діагностичних параметрів, процедури апостеріорної обробки інформації і прийняття рішень щодо можливісті надання поточних і перспективних рекомендацій у вигляді апаратних алгоритмів.

Для оцінки технічного стану машин застосована математична теорія розпізнавання образів, яка відносно технічного діагностування машин складається з проведення порівняльного аналізу множин еталонних ознак і поточного стану на базі алгоритму розпізнавання та контролю за зміною діагностичних параметрів. Для формування множини діагностичних ознак використовувалися сітки Петрі.

4. Створена та апробована вимірювальна система багатопараметричної діагностики машин, вирішені питання технічного та інформаційного її забезпечення. Експериментальні дослідження моніторингової системи показали її високу точність, так, середньоквадратична похибка по всіх вимірювальних каналах знаходиться в межах 8.82 - 10.65 кут.сек., що в 5- 8 разів менше за похибку, припустиму за технічним завданням для вимірювальних комплексів.

5. Розроблено методика, алгоритми та програми технічного діагностування машин у режимі реального часу. На базі розроблених комп'ютерних програм “MONITOR- S ” і “MONITOR- D ” відпрацьована специфіка формування інформації про технічний стан машин. Результати експериментальної апробації програм технічного діагностування показали їхню високу якість, продемонстрували можливість здійснювати моніторинг швидкопротікаючих процесів у машинах, адекватну реакцію на зміну керуючих параметрів. При цьому відносна похибка “контролю нуля” по шістнадцятьох каналах за 10-72 години безперестанної роботи програми не перевищила 2 -3%. По окремих каналах відносна похибка не перевищила 1,0 -1,5%.

6. Розроблена методика визначення сумарної похибки вимірювальних каналів системи моніторингу і засоби підвищення точності реєстрації кутових деформацій вимірювального елементу. За допомогою механізму компенсації збільшена точність вимірів датчиками на 5-10% без збільшення величини динамічної похибки. За результатами аналізу одержано раціональне співвідношення між величиною похибки засобів вимірювання та розкидом спектру реєстрованих емпіричних даних; обґрунтовано покомпонентний склад моніторингової системи багатопараметричного діагностування машин, використання якої дозволяє зменшити кількість одиничних вимірювань в 3-4 рази, а також суттєво знизити трудомісткість і вартість випробувань при припустимій величині похибки засобів вимірювань.

7. Розроблена математична модель оптимізації обстежень машин за критерієм мінімуму повних очікуваних витрат, що дозволяє прийняти економічно раціональне рішення по складанню конкретного плану-графіка проведення ревізій машин, забезпечити необхідний рівень експлуатаційної надійності протягом розглянутого періоду експлуатації, визначати фактичний стан та залишковий ресурс машин та їх елементів, надавати рекомендації щодо перспективних конструктивних змін у машинах із метою продовження терміну їх служби.

8. Розглянуті практичні питання багатопараметричної діагностики машин, які поширено використовуються в різних галузях промисловості та містять у своєму складі найбільш розповсюджені типові елементи, працюють в умовах високого рівня вібрації і характеризуються підвищеним рівнем вимог до надійності функціонування.

При цьому вирішені наступні питання:

- запропоновано застосування портативних датчиків контролю, які дозволяють фіксувати зміни магнітного полю над дефектною ділянкою робочої поверхні;

- встановлена залежність вимірів амплітуд та частот від змісту вищих гармонік у сигналі (при наявності вищих гармонік у сигналі до 5% похибка вимірів не перевищує 1,6% за амплітудою та 0,95% за частотою);

- побудована дискретна функція перетворювання датчика, яка встановлює зв'язок експлуатаційних параметрами та характеристик вихідного сигналу;

-створено діагностичне програмне забезпечення, яке надає можливість проводити заміри величин пікфакторів і середнє квадратичних значень низько, середньо та високочастотної вібрації в полюсі частот 10-25 кГц; вести автоматичний розрахунок його рівня; автоматично встановлювати види дефектів із зазначенням імовірності їх виявлення; мати вірогідну діагностику за результатами однократних замірів;

- за допомогою програми „MONITOR-S” реалізовані операції замірів вібрації, виконана статистична обробка даних;

- проведені дослідження з вибору критичних точок конструкції з метою встановлення чутливих елементів для здійснення моніторингової діагностики;

- наведена методика проведення комплексної технічної діагностики і моніторингових випробувань вібраційних машин та машин із гнучким зв'язком, яка складається з натурного моделювання, побудови діагностичної моделі, прогнозування зміни технічного стану за часом, техніко-економічного аналізу зміни напружено-деформованого стану в залежності від варіантів виконання ремонтних робіт, аналізу імовірності отриманих оцінок технічного стану;

- розроблена математична модель, яка дозволяє визначити найбільш небезпечні режими експлуатації машин та критичні умови роботи всіх її підсистем, дослідити статичні та динамічні характеристики.

Застосування моніторингової системи багатопараметричної діагностики на практиці показало, що вірогідність отриманих результатів однократних замірів перевищила 90%.

9. Результати досліджень впроваджені в проекті Державної цільової програми забезпечення технологічної безпеки в основних галузях економіки (в галузевій частині)(ІЕЗ ім. Є.О.Патона НАНУ, м. Київ), Державному науково-дослідному інституті будівельних конструкцій (м. Київ, при проектуванні та впровадженні систем моніторингу відповідальних будівельних конструкцій об'єкту «Укриття»), АОО "ВЕЕСВІ" (м. Дніпропетровськ, при технічній діагностиці та продовженні ресурсу мостових електричних кранів), Української науково-промислової асоціації «Укркокс» (м.Дніпропетровськ, при розробці технічної документації по обстеженню технічного стану машин), ДХК „Луганськтепловоз” (м. Луганськ, при діагностуванні зубчатих механізмів та підшипникових вузлів), Експертно-діагностичній науково-дослідній лабораторії "Вантажопідйомні машини та промислові споруди"(м.Луганськ, при діагностиці вантажопідйомних машин), ІКЦ „Кран” (м. Москва, при оцінюванні технічного стану кранів), науково-дослідних роботах Національної металургійної академії України (м. Дніпропетровськ, при проведенні учбового процесу за дисципліною «Діагностика металургійних машин»). Результати теоретико-експериментальних досліджень впроваджено та використовуються у Східноукраїнському національному університеті (м. Луганськ), Московському державному відкритому університеті (м. Москва) у навчальному процесі при викладанні курсів „Деталі машин”, „Машинознавство”, „Будівельні конструкції”, „Будівельна техніка”,”Діагностика обладнання”, ”Надійність і діагностування електрообладнання”, „Основи технічної діагностики автомобілів”. Довідки про впровадження наведено в додатках.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кадильникова Т. М. Современные методы и средства мониторинга подъёмно-транспортных машин / Т.М.Кадильникова, В.П. Иващенко. - Днепропетровск: РВА"Дніпро - ВАЛ", 2002. - 98 с.

2. Кадильникова Т. М. Теоретико-методологические основы мониторинга подъёмно-транспортных машин / Т.М.Кадильникова . - Днепропетровск: "Пороги", 2004. -177 с.

3. Кадильникова Т.М. Мониторинговые системы оценки технического состояния машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий .- Днепропетровск: "Пороги", 2005. - 172 с.

4. Кадильникова Т.М. Пособие по разработке и проектированию систем мониторинга сложных технических систем и строительных объектов / Т.М.Кадильникова, Ю.И.Калюх. - К.: НИИСК, 2004. - 46 с.

5. Кадильникова Т. М. Математическая модель системы мониторинга машин на основе теории множеств / Т.М.Кадильникова // Збірник наукових праць українського державного університету водного господарства та природокористування.- 2002.- Випуск 27.- С. 252-257.

6. Кадильникова Т. М. К анализу точности регистрации угловых деформаций и суммарной точности измерительной системы / Т.М.Кадильникова // Перспективные задачи инженерной науки. Збірник наукових праць Придніпровскої академії будівництва та архітектури.- 2002.- Випуск 4.- С. 229-235.

7. Кадильникова Т. М. Мониторинг технологического состояния как фактор обеспечения безаварийной работы / Т.М.Кадильникова // Вісник Донбаської академії будівництва і архітектури. Технологія, організація, механізація та геодезичне забезпечення будівництва.- 2002.- Випуск 5(36).- С. 38-41.

8. Кадильникова Т. М. Комплексная динамическая диагностика подъёмно-транспортных машин / Т.М.Кадильникова // Сборник научных трудов Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. Автомобильный транспорт.- 2003.- Выпуск 11.- С. 111-118.

9. Кадильникова Т. М. Мониторинг подъёмно-транспортных машин в режиме реального времени с помощью программы "MONITOR-D" / Т.М.Кадильникова //Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць.- Дніпропетровськ:НметАУ.-2003.- Випуск 3 (26). - С. 120-127.

10. Кадильникова Т. М. Анализ погрешностей численной обработки измерительной информации мониторинга / Т.М.Кадильникова // Перспективные задачи инженерной науки. Збірник наукових праць Придніпровської академії будівництва та архітектури.- 2003.- Випуск 5. - С. 301-306.

11. Кадильникова Т.М. Концепция мониторинга подъемно-транспортных машин / Т.М.Кадильникова, Ю.И. Калюх // Техніка будівництва. Науково-технічний журнал.-2003.- №14. - С.38-42.

12. Кадильникова Т. М. Методология проектирования системы мониторинга и практическая оптимизация мониторинговых исследований / Т.М.Кадильникова, Е.Е.Запорожченко // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць.-2004.- Випуск 2 (31). - С. 7-18.

13. Кадильникова Т.М. Методология системного проектирования мониторинга сложных объектов / Т.М.Кадильникова //Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник.- 2004.-Випуск 60.- С.334-342.

14. Кадильникова Т.М. Похибки при технічній діагностиці / Т.М.Кадильникова, Ю.І.Калюх // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету.- 2004.- № 40(52). - C.257-261.

15. Кадильникова Т.М. Системное проектирование систем мониторинга для экспериментально-теоретического изучения работы конструкций: сборник трудов VIII Украинской научно-технической конференции ["Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее"], (Киев, 18-22 октября 2004г.) / Т.М.Кадильникова.- К.: "Сталь", 2004. - С.547-553.

16. Кадильникова Т.М. Чувствительные элементы регистрации динамических величин подъемно-транспортных машин /Т.М.Кадильникова//Сборник научных трудов Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. Строительство. Материаловедение. Машиностроение.- 2004.- Выпуск №26.- C.159-165.

17. Кадильникова Т.М. Распознавание технического состояния машин и формирование диагностических признаков / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій.- 2004.- Випуск 8.- С.121-129.

18. Кадильникова Т.М. Математическая модель системы мониторинга машин на основе теории множеств /Т.М.Кадильникова// Високі технології в машинобудуванні. Збірник наукових праць.-2005.- Випуск 1.- С.93-98.

19. Кадильникова Т.М. Разработка методов и технических средств повышения надежности программно-аппаратного комплекса натурного моделирования напряженно-деформированного состояния машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Технологія і техніка друкарства. Збірник наукових праць. -2005.- Випуск 1(7).-С.52-55.

20. Кадильникова Т.М. Информационная модель системы мониторинга машин /Т.М.Кадильникова // Прогресивні технології і системи машинобудування. - 2005.- Випуск 29.- С.99-104.

21. Кадильникова Т.М. Алгоритмическая модель системы мониторинга машин /Т.М.Кадильникова // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. -2005.- Випуск 1.-С.145-147.

22. КадильниковаТ.М. Программно-аппаратная реализация мониторинговой диагностики машин / Т.М.Кадильникова // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Машинобудування і машинознавство.- 2005.- Випуск 92.- С.232-240.

23. Кадильникова Т.М. Системный подход к оценке эксплуатационной надежности машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий, Е.Е.Запорожченко // Високі технології в машинобудуванні. Збірник наукових праць.-2005.- Випуск 2.- С.302-308.

24. Кадильникова Т.М. Моделирование динамических процессов в машинах с гибкими свіязями / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Технологія і техніка друкарства. Збірник наукових праць.- 2005.- Випуск 2(8).-С.60-66.

25. Кадильникова Т.М. Проектирование моделей вибрационных грохотов / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства.2005.- Випуск 33.-С.163-168.

26. Кадильникова Т. М. Оптимизация обследования машин по критерию минимума полных ожидаемых затрат / Т.М.Кадильникова // Теория и практика металлургии. Общегосударственный научно-технический журнал.- 2005.- Выпуск 1-2 (45). - С. 101-107.

27. Кадильникова Т. М. Анализ динамических погрешностей программно-аппаратного комплекса моделирования НДС машин / Т.М.Кадильникова // Підйомно-транспортна техніка. Науково-технічний та виробничий журнал.- 2005.- Випуск 1. - С. 62-69.

28. Кадильникова Т.М. Информационные и управляющие системы оценки технического состояния машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Вісник Національного технічного університету «ХПІ» .- 2005.- Випуск 24.- С.171-177.

29. Кадильникова Т.М. Проектирование мониторинговых систем предэксплуатационной диагностики вибрационных машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Компрессорное и энергетическое машиностроение. Научно-производственный и информационный журнал.- 2006.- Выпуск 1(3).- С.66-69.

30. Кадильникова Т.М. Применение сеток Петри в формировании множества структурных параметров технического диагностирования вибрационных машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Проблеми трибології. Міжнародний науковий журнал.- 2006.- Випуск 3(41).- С.46-49.

31. Кадильникова Т.М. Системный подход к формированию множества диагностических признаков машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Прогрессивные технологии и системы машиностроения.- 2006.- Выпуск 36.-С.190-193.

32. Кадильникова Т.М. Формирование диагностических признаков технического состояния объектов / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий , Я.С.Маймур // Вісник Харківського Національного технічного університету сільського господарства. 2006.- Випуск 42.- С.48-51.

33. Кадильникова Т.М. К вопросу о выборе диагностических параметров технического состояния машин /Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий / /Технологія і техніка друкарства. Збірник наукових праць. 2006.- Випуск 1-2(11-12).-С.128-133.

34. Кадильникова Т.М. Методика организации технического диагностирования машин: труды 13-й международной технической конференции ["Физические и компьютерные технологии"], (Харьков, 19-20 апреля 2007г.) / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий .- Харьков: "ФЭД",2007.- С.518-522.

35. Кадильникова Т.М. Прогнозирование технического состояния и оценка остаточного ресурса машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Современные технологии в машиностроении. НТУ «ХПИ» . -2007.- С.423-429.

36. Кадильникова Т.М. Основные показатели оценки технического состояния вибрационных машин / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий, Е.Е.Запорожченко // Високі технології в машинобудуванні. Збірник наукових праць. НТУ «ХПІ».-2007.- С.185-190.

37. Кадильникова Т.М. Задачи диагностики зубчатых передач и технические средства получения первичной информации / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Авиационно-космическая техника и технология. Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е.Жуковского.- 2007.- №11/47.- С.282-292.

38. Кадильникова Т.М.Контроль технического состояния машин и механизмов / Т.М.Кадильникова, А.Е. Проволоцкий // Вісник Харківського Національного технічного університету сільського господарства.- 2007.-Випуск 461.- С.145-151.

39. Кадильникова Т.М. Особенности применения анализа вибрационных характеристик при оценке технического состояния механизмов/Т.М.Кадильникова // Вісник Східноукраїнського національного університету ім.В.Даля. Науковий журнал.-2007.-№9(115).- С.84-89.

40. Кадильникова Т. М. Обобщенная краевая задача для подъемно-транспортной системы с грузовым органом в потоке: материалы VII научной конференции ученых Украины, России, Беларуси ["Прикладные задачи математики и механики"], (Севастополь, 15-21 сентября 2003г.) /Т.М.Кадильникова.- Севастополь: СГТУ, 2003. - С.73-79.

41. Кадильникова Т. М. Современная диагностика подъемно-транспортных машин на динамические воздействия: матеріали II науково-технічної конференції ["Приладобудування 2003: стан і перспективи"], ( Київ, 22-23 квітня 2003р.) / Т.М.Кадильникова.- К.: НТУУ “КПІ”, 2003.- С.162.

42. Кадильникова Т. М. Анализ погрешностей численной обработки измерительной информации мониторинга подъемно-транспортных машин: abstracts Aims for Future of Engineering Science IV International Scientific Conference (Jgalo. Republic of Montenegro, July 2-8, 2003)/Т.М.Кадильникова.-Jgalo:ICOA,2003.-P.50-51.

43. Кадильникова Т. М. Аналіз похибок вимірювальної системи: тези доповідей 6-го міжнародного симпозіума українських інженерів-механиків у Львові (Львів, 21-23 травня 2003 р.) / Т.М.Кадильникова.-Львів:"Львівська Політехніка", 2003.- С.202.

44. Кадильникова Т. М. Метод сращивания асимптотических разложений в задачах устойчивости протяженных систем шахтного и глубоководного подъема: Matereaty Naukowe VI szkota Geomechaniki (Gliwice - Ustron, 21-24 pazdziernika 2003)/Т.М.Кадильникова.- Gliwice - Ustron: ICOA, 2003.- P.89-98.

45. Кадильникова Т.М. Базовая концепция мониторинга подъемно-транспортных машин: abstracts the fifth international scientific forum aims for future of engineering science (Paris, Frаnce, May 2-8. 2004) /Т.М.Кадильникова, Е.Е.Запорожченко.- Paris: ICOA, 2004. - P. 354-358.

46. Кадильникова Т.М. Методика оценки эффективности результатов мониторинговых исследований: abstracts the VI international scientific forum aims for future of engineering science (Hongkong, March 23-30, 2005)/Т.М.Кадильникова, И.Л.Шинковская.- Hongkong: ICOA ,2005- P. 207-209.

47. Kadilnikova T. Preoperating diagnostics of vibration machines: abstracts the VII international scientific forum aims for future of engineering science (Davos Congress Centre, Switzerland, July 4-10, 2006)/ Т.Kadilnikova,О.Zaporozhchenko.- Switzerland: ICOA ,2006.-P.120-125.

48. Кадильникова Т.М. Прогнозування і вибір діагностичних параметрів технічного стану машин та механізмів: тези доповідей 8-го міжнародного симпозіума українських інженерів-механиків у Львові (Львів, 23-25 травня 2007р.)/ Т.М.Кадильникова, А.Є. Проволоцкий.-Львів:"Львівська Політехніка",2007.-С.71-72.

49. Кадильникова Т.М. Програма моніторингу статичних параметрів підйомно-транспортних машин у режимі реального часу: комп'ютерна программа [свідоцтво № 7061 про реєстрацію авторського права на твір] / Кадильникова Т.М.- К.: МОН України, 2003.- 34 с.

АНОТАЦІЇ

Кадильникова Т.М. Науково-методологічні основи забезпечення стабільних експлуатаційних характеристик машин на базі моніторингових систем багатопараметричного діагностування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціа-льністю 05.02.02 Машинознавство. -

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми забезпечення стабільних експлуатаційних характеристик машин на основі створення та впровадження моніторингових систем багатопараметричного діагностування, що сприяє подальшому підвищенню ефективності використання технічної інфраструктури суспільства. Запропонована моніторингова система багатопараметричного діагностування машин, яка базується на комплексі теоретичних і експериментальних методів та засобів визначення діагностичних параметрів, встановленні їх взаємозв'язку та закономірностей впливу на експлуатаційні характеристики машин і механізмів.

Створені уніфіковані методи проектування систем моніторингу машин з наперед заданими властивостями: інтегрованою похибкою вимірювальної інформації, небхідною кількістю та якістю чутливих елементів, аналого-цифрових перетворювачів, фільтрів низьких та високих частот; математичним моделюванням у першому наближенні досліджуваних процесів в машинах та механізмах. Розглянуті практичні питання багатопараметричної діагностики машин та механізмів, які поширено використовуються в різних галузях промисловості та містять у своєму складі найбільш розповсюджені типові елементи, працюють в умовах високого рівня вібрації і характеризуються підвищенними вимогами до надійності функціонування.

Ключові слова: методи розрахунку та конструювання, моніторингові системи, технічне діагностування, програми, еталонні поверхні, алгоритми розпізнавання.

Кадильникова Т.М. Научно-методологические основы обеспечения стабильных эксплуатационных характеристик машин на базе мониторинговых систем многопараметрического диагностирования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.02 Машиноведение. -

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы обеспечения стабильных експлуатационных характеристик машин на основе создания и внедрения мониторинговых систем многофункционального диагностирования, которые способствуют дальнейшему повышению эффективности использования технической инфраструктуры общества.

Предложена мониторинговая система многопараметрического диагностирования машин, которая базируется на комплексе теоретических и экспериментальных методов и средств определения диагностических параметров, установлении их взаимосвязи и закономерностей влияния на эксплуатационные характеристики машин и механизмов в режиме обратной связи.

Научно-методологическая основа системы - комплекс взаимосвязанных моделей, алгоритмов, компьютерных программ многопараметрического диагностирования, который включает в себя: информационные и алгоритмические модели; системы определения диагностических параметров технического состояния машин и механизмов; процедуры апостериорной обработки информации и принятия решений; формы представления и методы анализа оперативной информации по отдельным елементам и узлам машин с возможностью выработки текущих и перспективных рекомендаций.

Разработаны методы и средства синтеза, расчета и проектирования мониторинговых систем многопараметрического диагностирования машин. Обоснована концепция технической диагностики машин и механизмов с помощью мониторинговых систем многопараметрического диагностирования. Созданы унифицированные методы проектирования систем мониторинга машин с заранее заданными особенностями: интегрированной погрешностью измерительной информации; необходимым количеством и качеством чувствительных элементов, аналого-цифровыми преобразователями, фильтрами низких и высоких частот, математическим моделированием в первом приближении исследуемых процессов в машинах и механизмах. Разработаны алгоритмы, написаны и апробированы программы, которые закладывают фундамент для управления техническим состоянием машины в режиме реального времени.

Рассмотрены практические вопросы многопараметрической диагностики машин и механизмов, широко используемых в различных отраслях промышленности, содержащих наиболее распространенные типовые элементы и работающих в условиях высокого уровня вибраций и характеризующихся повышенными требованиями к надежности функционирования.

Впервые предложена и обоснована с позиций общей теории систем концепция мониторинга машин как целостной, открытой, организованной и адаптивной системы, которая позволила обосновать её организационную структуру и функции, мероприятия по совершенствованию адаптивности, стратегию оптимизации и методы прикладного проектирования. Сочетание математических, технологических и организационных компонентов в рамках единой стратегии мониторинга определяет её отличия от ранее известных систем диагностирования и позволяет кроме решения традиционных задач технической диагностики решать новые задачи анализа и продления срока эксплуатационной годности физически изношенных или морально устаревших машин.

Построены математические модели для отдельных режимов функционирования машин, необходимые для оптимального проектирования систем мониторинга, выбора критических точек конструкции с целью установки там чувствительных элементов . Впервые разработана модель оптимизации обследований машин по критерию минимума полных ожидаемых затрат, которая отражает современный экономически оптимальный подход к принятию решений об эксплуатации и обслуживании машин в странах с переходной экономикой. Она позволяет обеспечить требуемый уровень эксплуатационной надежности с одновременной минимизацией полных ожидаемых затрат.

Практически реализованы вопросы проектирования мониторинговых систем машин и механизмов на базе различных инклинометрических датчиков в качестве чувствительных элементов, которые работают в режиме реального времени и позволяют определять експериментально диагностические параметры машин и механизмов, решать поставленные задачи технического диагностирования. Испытания мониторинговых систем показали их высокую точность и надежность.

Отработана специфика формирования первичной информации о статике и динамике машин на базе компьютерных программ “MONITOR-S” и “MONITOR-D”. В совокупности с измерительными датчиками и АЦП программы в режиме реального времени позволяют: управлять процессом регистрации и накопления первичной информации с датчиков, выполнять первичную статистическую обработку полученных данных; архивирование и первичный спектральный анализ полученных данных; предварительное моделирование диагностических параметров, динамики быстропротекающих процессов и напряженно-деформированного состояния определенных узлов и механизмов.

Разработана методика определения суммарной погрешности измерительных каналов системы мониторинга и методы повышения ее точности.

Результаты исследований внедрены в проекте государственной целевой «Технологическая безопасность», научно-исследовательском институте строительных конструкций (г.Киев), АОО "ВЭЭСВИ" (г. Днепропетровск), Украинской научно-промышленной ассоциации «Укркокс» (г.Днепропетровск), ДХК „Лугансктепловоз” (г. Луганск), экспертно-диагностической, научно-исследовательской лаборатории "Тяжелоподъемные машины и промышленные сооружения"(г.Луганск), ИКЦ „Кран” (г. Москва), научно-исследовательских работах Национальной Металлургической академии Украины. Результаты теоретико-экспериментальных исследований внедрены и используются в Восточноукраинском национальном университете им. В.Даля (г. Луганск), Московском государственном открытом университете (г. Москва) в учебном процессе при преподавании курсов „Детали машин”, „Машиноведение”, „Строительные конструкции”, „Строительная механика”, ”Диагностика оборудования”, ”Надежность и диагностика электрооборудования”, ”Основы технической диагностики автомобилей”.

Ключевые слова: методы расчета и конструирования, мониторинговые системы, техническое диагностирование, эталонные поверхности, алгоритм распознавания, программы, диагностические параметры.

Kadilnikova T.M. Scientific methodological foundations of the provision stable operating factor on the basis of multifunction diagnosing monitoring systems. - Manuscript.

The dissertation for the scientific degree of the doctor of engineering sciences on a speciality 05.02.02 - Machine knowledge

The dissertation is devoted to the development of methods and means of synthesis calculus and design of monitoring systems for technical diagnostics of machine. The conseption of technical diagnostics of machine on the base of monitoring systems is formulated. The typical methods for design of monitoring systems with forecast spesial conditions for trustworthiness, quality and quantity of sensors are created. The methods of estimation of the accurancy of the experlimental monitoring system are developed. The optimal time period for technical diagnostic of machine on the base of the functional optimization criteria is proposed. The program codes “MONITOR-S”. The new monitoring systems for technical diagnostics of machine are suggested and applied in the project of state scientific-technical program “Technogenic safety”, some organisation: object “Ukritie” Chernobil energy station, iron and steel works in the Dnipropetrovsk.

Keywords: methods of calculation and design, monitoring systems, technical diagnostics, code, static and dynamic parameters.

Размещено на www.allbest.ru

...