автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация диагностики долговечности ответственных объектов машиностроения

На правах рукописи УДК 621 005 5

БАСМАНОВ МИХАИЛ СЕРГЕЕВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ДИАГНОСТИКИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ОТВЕТСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Специальность 05 13 06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003446012

^ ч/

1 8 СЕН 2008

Москва-2008

003446012

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им Н Э. Баумана

Научный руководитель-

доктор технических наук, профессор Деулин Евгений Алексеевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Утенков Владимир Михайлович

кандидат технических наук Пересадько Андрей Григорьевич

Ведущая организация

ФГУП «НИИВТ им С А Векшинского»

Защита состоится « 2008

г. на заседании диссертационного

совета Д 212 141 06 при МГТУ им Н Э. Баумана по адресу. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул , д 5.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им НЭ Баумана.

Телефон для справок. (499) 267-0963

Автореферат разослан «$/» 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета

дт н., доцент

Михайлов Валерий Павлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Непрерывное совершенствование машин характеризуется увеличением мощностей и скоростей, снижением веса, повышением точности и долговечности. Так, одной из тенденций современного машиностроения является расширение числа функций, выполняемых системами автоматизированного управления. В настоящее время типовыми функциями, выполняемыми САУ, являются: управление циклом и режимами обработки изделий, контроль параметров и качества изделий, блокировка механизмов при возникновении отказов оборудования, регистрация аварийных событий, интеграция со смежными подсистемами оборудования и другие.

Однако для некоторых ответственных образцов высококлассного оборудования, в которых само явление отказа является недопустимым, поскольку может приводить к катастрофическим последствиям и большим экономическим убыткам, этого уже не достаточно. Таким образом, отказы в таких установках необходимо не блокировать, а предвидеть и предупреждать.

Примерами такого оборудования являются установки ОЖЕ, ВИМС, рент-геноструктурного анализа, применяемые для широкого класса ответственных машин и приборов. Пример установки ОЖЕ-электронной спектроскопии представлен на рис. 1. Установки позволяют исследовать физические и химические параметры, структуру изделий, при этом их стоимость может достигать 3 млн. долларов.

Практика эксплуатации и выполненные автором исследования показывают, что наиболее опасными объектами таких установок являются высокоскоростные подшипниковые узлы. Постепенный износ сепараторов таких подшипников может привести к взрывному отказу этих узлов. Так, выход из строя высокоскоростного насоса может привести к отказу системы управления и разгерметизации вакуумной системы установки, что может потребовать ремонта, стоимость которого превышает сотни тысяч долларов, а длительность которого превышает несколько недель.

Целью работы является создание научных основ построения системы автоматической диагностики высокооборотных подшипников ответственных объектов машиностроения. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Рис.1 - Установка ОЖЕ-

электронного анализа.

1) определить комплекс параметров, потенциально пригодных в качестве критерия аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов,

2) исследовать закономерность изменения критерия «накопленная работа трения» (далее - критерия НРТ) от величины суммарного износа сепаратора в период эксплуатации ответственного подшипникового узла,

3) разработать методику и аппаратные средства для автоматизированного расчета критерия НРТ

Методы исследований. В работе использованы основные положения теории производительности машин Г А Шаумяна, теория надежности машин А С Проникова, теоретические исследования основаны на описанном Н А Спицыным и В Н Ивановым и далее развитом Е А Деулиным и Ю В Юрковым механизме взаимодействия сепаратора с шариками в шарикоподшипнике, нагруженном осевой нагрузкой, теории вероятности, теории точности, теории систем автоматического регулирования

Экспериментальные исследования проводились на специально собранных стендах на базах лаборатории «Вакуумный привод» кафедры МТ-11 «Электронное машиностроение им Н Э Баумана» и отдела термоядерных исследований РНЦ «Курчатовский институт» и включали методы быстрого преобразования Фурье, методы анализа объемной концентрации частиц износа в смазывающем масле механизмов Обработка результатов экспериментов, оценка их точности и достоверности выполнялись на ЭВМ с применением теории вероятности и математической статистики

Научная новизна.

1 Обоснован новый критерий НРТ аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов, основанный на определении накопленной работы трения, затраченной на износ сепаратора шарикоподшипника во время его эксплуатации

2 Разработана методика автоматизированного расчета критерия НРТ, используемого для предсказания аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов, основанная на численном интегрировании работы сил трения, возникающих в шарикоподшипнике при его эксплуатации

3 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 впускное давление ТМН и накопленная работа трения, затраченная на износ сепаратора шарикоподшипника

Практическая ценность. Разработанные критерий НРТ, методика и аппаратные средства для его автоматизированного расчета могут быть использованы при разработке систем автоматического управления (САУ) технологического оборудования, что позволит оценивать ресурс ответственных подшипниковых узлов, используя информацию о текущей суммарной работе по износу сепаратора Создаваемая система предсказания отказов ответственных подшипниковых узлов по своей структуре может быть встроена в уже существующие автоматизированные системы мониторинга (например, на установках Токамак-10 в РНЦ «Курчатовский институт» и др )

На защиту выносится

1 Критерий НРТ аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов, основанный на определении накопленной работы трения, затраченной на износ сепаратора шарикоподшипника во время его эксплуатации

2 Методика автоматизированного расчета критерия НРТ, используемого для предсказания аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов, основанная на численном интегрировании работы сил трения, возникающих в шарикоподшипнике при его эксплуатации

3 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 впускное давление ТМН и накопленная работа трения, затраченная на износ сепаратора шарикоподшипника

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры МТ-11 «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им НЭ Баумана, на 10-й Всероссийской научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» (Крым, 2003), Международной конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (Самара, 2003), 10-й Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2004), 16-м Международном вакуумном конгрессе «IVC-16» (г Венеция, Италия, 2004), 17-м Международном вакуумном конгрессе «IVC-17» (г Стокгольм, Швеция, 2007 г) и др

Публикации. Основное содержание работы отражено в 8 печатных работах

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов по работе, библиографического списка использованной литературы из 85 наименования и изложена на 162 страницах машинописного текста, включает в себя 28 рисунков и 14 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, определена цель и поставлены задачи работы, сформулирована научная новизна и основные научные положения, выносимые на защиту Показано, что создаваемая система предсказания отказов ответственных подшипниковых узлов по структуре и используемым методикам обработки информации наиболее близка к существующим системам диагностики роторных механизмов Принципиальное отличие создаваемой системы от систем вибрационной диагностики, на наш взгляд, должно заключаться в том, что создаваемая система предсказания отказов ответственных подшипниковых узлов должна предоставлять пользователю не информацию о текущем состоянии механизма («диагнозе механизма»), а информацию о периоде, в течение которого ответственный механизм способен отработать до аварийного отказа

В первой главе приведен детальный обзор существующих систем диагностики подшипниковых узлов, включающий описание системы по определению работоспособности турбомсшекулярных насосов (ТМН), подшипниковый узел которого выбран автором в качестве типового ответственного подшипникового узла Проведенный обзор показывает, что на данный момент не существует систем диагностики, гарантировано предупреждающих аварию в подшипниковом узле ТМН Подшипниковый узел подвески быст-ровращающегося ротора насоса является самым ненадежным элементом, определяющим его надежность в целом Согласно данным РНЦ «Курчатовский институт», износ сепараторов подшипников используемых турбомолекуляр-ных насосов ТМН 01АБ1500-004 является причиной отказа около 90% насосов Таким образом, для исключения аварий ответственных подшипников ТМН требуется доработка существующих систем диагностики с учетом особенностей рассматриваемых насосов и оборудования, их использующего

В основу работы создаваемой системы диагностики долговечности турбомолекулярных насосов положена модель формирования постепенных отказов А С Проникова, которую необходимо учитывать при проектировании С АУ установок, использующих турбомолекулярные насосы

В результате проведенного анализа была определена совокупность параметров автоматизированного вакуумного оборудования, которые могут быть использованы в создаваемой системе диагностики долговечности ТМН, такие как впускное и выпускное давления ТМН, электрическая мощность, потребляемая двигателем ТМН, частота вращения ротора ТМН, нагрузочно-частотная характеристика двигателя ТМН, вибрация корпуса ТМН, параметры смазывающего подшипники масла ТМН

Проведен анализ влияния надежности турбомолекулярных насосов на производительность автоматизированного вакуумного оборудования Показано, что производительность вакуумного оборудования, включающего ТМН, может быть увеличена более чем на 3-5% путем использования системы предсказания аварийных отказов ТМН

Во второй главе представлены теоретические основы разрабатываемой системы предсказания отказов шарикоподшипниковых узлов быстров-ращающейся подвески ротора ТМН Проведенные исследования базируются на работах Н.А Спицына, В Н Иванова, Е А Деулина, Ю В Юркова Известно, что при осевой нагрузке шарикоподшипника (что имеет место в ш/п ТМН) все шарики подшипника являются нагруженными одновременно Накопление разности путей пробегаемых разными шариками, приводящее к росту сил взаимодействия этих шариков с сепаратором, приводит к проскальзыванию шариков по одному из колец Картина такого взаимодействия деталей подшипника приведена на рис. 2, где показаны силы, действующие между шариками, сепаратором и кольцами

В принятой теоретической модели используются следующие обозначения Fai и Fb, - силы трения между шариком и внутренним и наружным кольцами соответственно, Fa — сила трения между шариком и сепаратором, Qai и Qb, - нормальные реакции на шарик внутреннего и наружного колец (соответственно) при взаимодействии шарика с сепаратором, Qc, - нормальная реакция на шарик сепаратора, г - радиус шарика, МКд, и МКв, - моменты трения качения между шариком и внутренним и наружным кольцами соответственно, Qpa, и QPbi — нормальные реакции на шарик внутреннего и наружного колец от нагрузки на подшипник, Мтахтр и Мшштр максимальный и минимальный моменты трения подшипника

Максимальное значение Мша*тр рассчитывается из предположения, что лишь два шарика (ведущий и ведомый) с максимальной силой давят на сепаратор Тогда Мтр определится следующим выражением

мшахтр = RBHcQCKc + (Rb/г + cos a)kFA/sma + zMBusina, (1)

где RB - радиус дорожки качения на внутреннем кольце, цс - коэффициент трения скольжения между шариком и сепаратором, QCKc - нормальная сила взаимодействия ведущего шарика и сепаратора, при котором происходит проскальзывание ведомого шарика по наружному кольцу, a - фактический угол контакта шарика с внутренним кольцом, к - коэффициент трения качения между шариком и желобом кольца, z - количество шариков шарикоподшипника, Мв„- момент трения верчения в контакте шарика с одним из колец (меньший)

Нормальная сила взаимодействия ведущего шарика и сепаратора, при котором происходит проскальзывание ведомого шарика по наружному кольцу к/

= 2Qpj

Ma

М,

'R.

RA

".(2)

+i

Рис 2 - Схема сил, действующих на элементы шарикоподшипника в момент зажатия сепаратора ведущим и ведомым шариками, индекс "1" - ведущий шарик, "У - ведомый, "я" - нейтральный, со штрихом обозначены силы, с которыми шарик действует на сепаратор и кольца

где ца ~ коэффициент трения скольжения между шариком и наружным кольцом, х _ коэффициент распределения дополнительной нагрузки Минимальный момент трения имеет место, если лишь один шарик ведет или тормозит сепаратор

Мт'"тр= (Rb/г + cos a)kFA/sina +

+ zM usma,

(3)

Xmax

Так, расчетные значения максимального и минимального моментов трения на примере ТМН 01 АБ 1500-004, используемого в РНЦ «Курчатовский институт», составляют МгаахТР = 19 41 Н мм и Мт™тр = 2 34 Н мм

Модель формирования отказов шарикоподшипника ТМН базируется на

теории формирования постепенных отказов А С Проникова, как это показано на рис 3, где приняты следующие обозначения параметр износа изделия X (объемный износ сепаратора шарикоподшипника ТМН), плотность распределения отказов функционирования шарикоподшипника насоса ДРот), предельно допустимое значение параметра износа изделия Хмах (значение объема материала сепаратора, изношенного до отказа шарикоподшипника), среднее

f(p) t=T (Р^у 1

у / /л 1

Тер 4--------> t'

Рис 3 - Модель формирования постепенных отказов шарикоподшипника ТМН

26 0 23 0 20 0 16 5 130 >0 0 65 30

значение (математическое ожидание) скорости износа уф, плотность распределения моментов трения в шарикоподшипнике Р(М, > Мном)

На рис 4 представлена характерная для шарикоподшипника, нагруженного осевой нагрузкой, диаграмма изменения момента сопротивления под- Тс шипника ТМН, где Мф -Рис 4 - Диаграмма изменения момента сопро- момент трения, I - время, тивления на валу ротора ТМН А] - А« - значения меха-

нических работ, затраченных на износ сепаратора, ^ - ^ - периоды действия соответствующих моментов сопротивления Механическая работа, затрачиваемая шариками подшипника ТМН на износ сепаратора, определяется интегральной площадью заштрихованных участков диаграммы

В соответствии с результатами исследования подшипника марки 1036095Ю6Т было принято, что до наступления момента проскальзывания величины сил взаимодействия шариков с сепаратором носят случайный характер, в моменты, когда проскальзывание имеет место, вероятность появле-р(Н1>итр) ния момента трения

1 00 0 99 г

подшипника М„ превышающего номинальный момент трения Р(М, > Мтр), зависит от величины М„ как это показано на рис 5 для значений осевой нагрузки на подшипник Ба = 7 5 Н, 12 Н и 20 Н Так, например, из диаграммы, соответствующей осевой нагрузке Ба = 12,5 Н, видно, что момент трения, превышающий Мтр = 12 Н см, возникает с вероятностью Р(М, >Мтр) = 0,05

1.1П

1£а

"" пщщгргш!

узп

иг.

т

ш

о

Рис

Го=7,5Н

I 6 8 10 12 14 16 18 50 22 24 26 Мто н см

Экспериментальная зависимость момента

трения подшипника от нагрузки

Представленная на рис 2 модель силового взаимодействия шарикоподшипника используется для определения работы, затраченной шариками на износ сепаратора в периоды возрастания момента сопротивления, когда сепаратор оказывается «зажат» шариками, а диаграмма плотности распределения моментов трения в шарикоподшипнике - для гарантированного предсказания момента отказа шарикоподшипника ТМН

Выражение для определения суммарной работы выглядит следующим образом

I

Аизн = £мтек - М„ом)Л, (4)

о

где Аизн - суммарная работа по износу сепаратора за время эксплуатации Мтек, М„ом - текущий и номинальный моменты сопротивления подшипника

Представленная в работе методика расчета максимальных сил взаимодействия шарика с сепаратором позволяет оценивать гарантированную долговечность по износу сепаратора подшипника, т е время, в течение которого произойдет критический (максимально допустимый) износ перемычки сепаратора, при условии, что на нее периодически воздействуют с двух сторон шарики с рассчитанной максимальной силой давления С>скс, определяемой по формуле

Ьи= с/уш-с, (5)

где Ьи - время, необходимое для критического износа перемычки гнезда сепаратора (долговечность подшипника), ч, с - максимально допустимый износ перемычки сепаратора, мм3, уш-с ~ скорость изнашивания сопряжения шарик-сепаратор, мм3/ч

Для предсказания отказа подшипника в работающем ТМН в качестве основного критерия оценки предлагается использовать накопленную работу трения, совершенную шариками по износу сепаратора АИзн, которая определяет объемный износ сепаратора шарикоподшипника (Уизн)

^изн= е;АИзн), (6)

Учитывая особенности конструкции ТМН, для определения работы Аизн предложено использовать параметр, косвенно связанный с интенсивностью объемного износа сепаратора - мощность двигателя привода ротора турбо-молекулярного насоса Wэд, который, по мнению автора, является наиболее эффективным параметром для определения работы Аизн

Сложность использования параметра АЛ?эд заключается в том, что потери мощности электродвигателя ТМН помимо потерь на преодоление момента

трения в подшипниковых опорах включают потери на нагревание проводов обмотки статора и ротора, потери из-за гистерезиса и вихревых токов в сердечнике статора, потери на преодоление силы вязкости масла и др Так, в данной работе принято допущение, что мощность всех потерь в двигателе ТМН в режиме штатной эксплуатации принимается за постоянную величину Мощность, затрачиваемую на преодоление момента трения в подшипниках \УМтр, рекомендуется определять вычитанием из общей мощности, потребляемой насосом У/эя, мощности, расходующейся на откачку газа насосом \VpBn, и мощности всех потерь \VnoT, как показано в формуле 7

\УМ1р=\Уэд-\Упот-'Мрвп, (7)

Предварительный расчет максимального приращения электрической мощности \Vmtp, затраченной на преодоление максимального момента трения в подшипниковом узле Мтахтр> показал, что У/тахмф=36,4 Вт, что может быть зафиксировано штатными измерителями мощности Таким образом, доказано, что показатель \Vmtp может быть использован в качестве косвенного критерия интенсивности износа сепаратора, а параметр Аизн оценен, как показано в формуле 8

г 1

Аизн ~ - Wпoт - \УРвп)Л = (8)

Для выделения затрат мощности, связанных с подшипниками Wмтp, предлагается проводить калибровку насоса по параметрам «мощность, потребляемая двигателем - впускное давление ТМН», алгоритм которой представлен на рис 6

^ Иацдло

[ Ргап, Ртх, АР

(¡г Конец )

Г«

г 1=0 3 Р1=Ртп+1 аР 6 /

10

9 ут>т)<мр

№30

Рис 6 - Блок-схема алгоритма калибровки ТМН по параметрам «мощность, потребляемая двигателем - впускное давление ТМН» Ршш, Ртах - минимальное и максимальное значения диапазона впускного давления Рвп при калибровке ТМН, ДР - шаг изменения РВП во время калибровки, Р1 -устанавливаемый уровень впускного давления при калибровке ТМН, Wизм - измеряемая электрическая мощность, потребляемая двигателем

ТМН, \У1(Р1) - калибровочная характеристика «мощность, потребляемая двигателем - впускное давление ТМН».

Алгоритм определения работы, затрачиваемой на износ сепаратора подшипника ТМН, лежащий в основе оценки отказа ТМН, представлен на рис 7

Рис 7 - Блок-схема алгоритма определения работы, затрачиваемой шариками на износ сепаратора Ах - суммарная работа, затрачиваемая на износ сепаратора, \"/=Гкалиб(Р) - калибровочная характеристика «мощность, потребляемая двигателем - впускное давление ТМН», РизмО), Wизм(t) - текущие значения впускного давления и мощности, потребляемой двигателем, Wизнoc(Дt) - значение доли мощности, затраченной двигателем ТМН на преодоление момента трения в подшипниках ТМН за время ^^калиб(Ризм) - значение мощности, полученное при помощи калибровочной характеристики для текущего впускного давления Ризм, АИзпос(А1) -приведенное значение механической работы, затраченной шариками на износ сепаратора в подшипнике за время Дг, Ащ>иг - максимально допустимое значение работы по износу сепаратора

Значение Ажрит рекомендуется определять основе экспериментальных исследований зависимости (6) и анализа объемного износа сепараторов, отказавших во время эксплуатации ТМН Выполненный анализ возможности использования методов вибрационной диагностики при оценке состояния ТМН показывает, что способ вибрационной диагностики по «спектру вибросигнала» является оптимальным для диагностики текущего состояния ТМН, тк позволяет следить во время эксплуатации насоса за амплитудой вибрационного спектра на частотах вращения сепаратора, взаимодействия внутреннего и наружного колец с шариками Метод прост при автоматизации, экономичен и не требует вмешательств в конструкцию насоса Расчетные значения характерных частот контактирования элементов шарикоподшипника ТМН 01 АБ 1500-004 для базовой частоты вращения ротора ТМН по= 340 Гц следующие частота вращения сепаратора и тел качения ГСеп = 74 Гц, % = 200 Гц; частота мелькания тел качения по внутреннему и наружному кольцу ^-вн = 3724 Гц, *тк-нар= 1036 Гц

В третьей главе приведено экспериментальное обоснование возможности разработки системы предсказания отказов ТМН Создан экспериментальный стенд - прототип системы предсказания отказов ТМН автоматизированного вакуумного оборудования, схема которого представлена на рис 8

Рис 8 - Схема экспериментального стенда 1 - Система газонапуска, 2 — Вакуумная камера, 3 - Датчик впускного давления (ПМИ-31), 4 - Вакуумметр ВМЦБ-12, 5 - Блок нормализации вакуумметра ВМЦБ-12, 6 - Программное обеспечение, 7 - ТМН 01АБ1500-004; 8 - Пьезоэлектрический акселерометр АР-31 (датчик вибрации), 9 - Усилитель сигнала вибрации РШ2731Э, 10 - Блок питания ТМН БП-267, 11 - Персональный компьютер, 12 - Плата АЦП Ла 1 5 РС1-14, 13 - Форвакуумный насос 2НВР-5ДМ, 14 - Датчик вакуума ПМТ-4М, 15 - Оптический датчик оборотов, 16 — Вакуумметр ВИТ-2, 17 — Датчик мощности, 18 — Блок сопряжения с АЦП

Стенд создан на базе ТМН 01АБ-1500-004 и позволяет измерять параметры мощности, потребляемой двигателем ТМН, впускное и выпускное давления ТМН, частоту вращения ротора ТМН, виброакустические характеристики насоса, проводить калибровку насоса по параметрам «мощность, потребляемая двигателем - впускное давление ТМН» в диапазоне давлений Рвп = 10"4- 10"1 Па с возможностью записи данных с любых датчиков стенда в память персонального компьютера (поз 11)

Для исследования объемного износа сепаратора подшипникового узла ТМН был использован стенд для анализа частиц износа сепаратора в смазывающем масле насоса, схема которого приведена на рис 9

В результате калибровки ТМН по параметрам «мощность, потребляемая двигателем -впускное давление ТМН» по алгоритму, представленному на рис. 6, была получена калибровочная характеристика ТМН, см. рис. 10 (выделена «■»). Знаком «♦» показаны результаты измерений мощности, потребляемой двигателем ТМН, полученные в процессе калибровки.

430,00 ■

Рис. 9 - Стенд для анализа частиц износа сепаратора в смазывающем масле ТМН: 1 - Изображение с микроскопа, 2 - Образец масла ТМН, 3 - Фото-видео камера микроскопа, 4 - Микрометр окулярный винтовой МОВ-1-16х; 5 - Микроскоп.

Программное обеспечение для определения работы, затрачиваемой на износ сепаратора шарикоподшипника во время эксплуатации ТМН (см. рис.

Е 11), было разра-™ ботано на основе алгоритма, приведенного на рис. 7.

Программа использует полученную калибровочную характеристику для выделения затрат мощности на преодоление момента трения в подшипниковых опорах ТМН от затрат мощности на преодоление газовой нагрузки на ротор ТМН и определяет суммарное значение работы, затраченной на износ сепаратора шарикоподшипников насоса.

1 .ООЕ-ОЗ 1 .ООБ-02 1.00Е-О1

Впускное давление, Па

1 .OOE-t-QO о

Рис. 10 - Калибровочная характеристика «мощность, потребляемая двигателем - впускное давление ТМН» (выделена *).

ЩЕИ

Начало свора лапищ: 16.in.2G07.1142:56 Прошло времени: А часов. 0 мниут. 5 сесдня

Щ£ -г'.

Текуиее давлен« .12'1Г-«Па

Текшая мощность -.00138$ &г ___

Обида Работа

\8_ "\7 \_б_ 15 ,4

Рис. 11 - Окно программы по определению накопленного значения работы, затраченной на износ сепаратора АИзн в подшипниковом узле ТМН: 1 - Информация о времени начала сбора данных, 2 - Информация о текущем времени, 3 - Запуск/останов сбора данных, 4 - Выход из программы, 5 - Значение мощности ТМН, тратящейся на откачку газа, 6 - Значение давления в вакуумной камере, 7 - Текущее значение общей мощности, затрачиваемой двигателем ТМН, 8 - Суммарное значение работы, затраченной на износ сепаратора в подшипнике ТМН.

В результате серии экспериментов при помощи стендов, изображенных на рис. 8 и рис. 9 была экспериментально определена зависимость объемного износа сепаратора подшипникового узла турбомолекулярного насоса Уизн

(см. формулу 6) от работы, совершенной шариками по износу сепаратора Аизн в подшипнике ТМН. Результаты экспериментов приведены на рис. 12. Анализ 30 разрушенных подшипников подвески ротора ТМН 01 АБ 1500-004 показывает, что объем-

Рис. 12 - Экспериментальная зависимость объемного ный износ сепара-износа сепаратора подшипников ТМН 01 АБ 1500- тора варьируется 004 V от работы, затраченной на износ сепаратора от 3,53мм до 4,02 А, коэффициент линейной корреляции 11=0,96±0,01. мм •

Из результатов экспериментов, представленных на рис 12, сделан вывод, что максимально допустимое критическое значение работы, затраченной на износ сепаратора подшипников ТМИ, соответствующее объемному износу сепаратора Умах = 3,53 мм3, составляет около 2 ГДж

В четвертой главе описана методика создания системы предсказания отказов ТМН Даны рекомендации по выбору диагностических критериев при оценке текущей работоспособности ТМН, подробно рассмотрены параметры «вибрация корпуса ТМН» и «частота вращения ротора ТМН» Приведены рекомендации по включению разрабатываемой системы в состав типовой автоматизированной вакуумной установки (рис 13) Разработан алгоритм работы микроконтроллера системы предсказания отказов ТМН поз 4, встраиваемого в блок питания ТМН поз 3, который по последовательному каналу передает в САУ вакуумной установки поз 5 информацию о текущем суммарном значении работы по износу сепаратора подшипника ТМН САУ вакуумной установки на основе анализа рисков для вакуумной установки рассчитывает допустимые пределы созданного критерия отказа ТМН Приведены рекомендации по выбору системы измерения, передачи и обработки информации Приведены рекомендации по дальнейшей разработке программного обеспечения системы предсказания отказов ТМН

Рассмотрены основные современные рабочие среды для создания автоматизированных систем различного назначения Сделан расчет экономического эффекта от внедрения системы предсказания отказов ТМН

Обоснована экономическая эффективность инвестиционного проекта внедрения разрабатываемой системы по критериям срок окупаемости, учетная доходность, чистая дисконтированная стоимость, внутренняя доходность, индекс рента-Рис 13 - Рекомендуемая схема использования сис- бельности Дано за-темы предсказания аварийных отказов ТМН ключение по исполь-1 - Вакуумная установка, 2 - Датчик впускного зованию критериев давления, 3 - ТМН, 4 - Вакууметр, 5 - Блок пи- принятия долгосроч-тания ТМН, 6 - Программируемый микрокон- ного инвестиционно-троллер, 7 - САУ вакуумной установки го решения

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Показано, что за счет сокращения разницы между временем устранения аварийного отказа (до 1 месяца) и временем ПИР, составляющего 1-20 часов, путем использования системы диагностики состояния ТМН можно обеспечить повышение производительности вакуумного оборудования более чем на 3-5%

2 Анализ комплекса параметров ТМН показал, что наиболее эффективным критерием аварийных отказов ТМН является критерий НРТ, т к однозначно определяет объемный износ сепаратора подшипника ТМН Опыт более чем 10-летнего периода эксплуатации ТМН в РНЦ «Курчатовский институт» показывает, что основной причиной их аварийных отказов в 90% случаев является катастрофический износ сепаратора шарикоподшипника подвески ротора насоса

3 Основным физическим процессом, приводящим к износному отказу шарикоподшипников ТМН, является процесс трения шарика о сепаратор, при этом объемный износ сепаратора до разрушения является статистической величиной, стандартное отклонение которой ст = 0,12, а минимальное и максимальное значения объемного износа сепаратора соответственно Vm,„= 3,53 мм3, Vmax= 4,02 мм3

4 Показано, что накопленная работа трения, затрачиваемая на износ сепаратора подшипникового узла во время работы ТМН, линейно кореллируе-ма с объемным износом сепаратора, при этом коэффициент корреляции составляет R = 0,96 ± 0,01

5 Поскольку в системе диагностики ТМН невозможна установка устройств для прямого измерения момента трения шарикоподшипников, для оценки момента трения следует использовать разность текущей электрической мощности, потребляемой двигателем ТМН, с мощностью всех потерь в двигателе ТМН и мощностью, затрачиваемой на откачку газа, которая составляет около 10% от общей мощности, потребляемой двигателем ТМН в штатном режиме при возникновении максимального момента трения Мтршах= 19,2 Н мм, и 1% от общей мощности, потребляемой ТМН, при минимальном моменте трения MTpmm= 2,4 Н мм

6 Показано, что система автоматической диагностики ТМН помимо традиционно используемого вибродатчика и штатного датчика впускного давления ТМН должна включать датчики, позволяющие определять момент трения в подшипниках насоса (датчик мощности, потребляемой двигателем ТМН, частоты вращения ротора ТМН), результаты работы которых анализируются в едином масштабе времени

7 Показано, что для исключения аварийных остановов вакуумных установок по причине отказов ТМН следует при разработке САУ вакуумного оборудования использовать критерий «накопленная работа трения», определяемый при эксплуатации ТМН по разработанной методике

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1 Басманов MC Система диагностики турбомолекулярных вакуумных насосов (ТМН) с использованием энергетического параметра износа //Студенческий вестник МГТУ им НЭ Баумана - М ,2004 - С 37-42

2 Деулин ЕА, Басманов MC Система вибрационной диагностики турбомолекулярных вакуумных насосов (ТМН) // Контроль Диагностика - 2004 - №7 - С 45-48

3 Деулин Е А, Басманов М С, Ивченко Е А Система диагностики турбомолекулярных вакуумных насосов (ТМН) // Вакуумная наука и техника 10 Всерос конф - Судак (Крым), 2003 - Т 1 - С 313-316

4 Деулин Е А, Демихов К Е, Басманов М С Компьютерная диагностика турбомолекулярных вакуумных насосов // Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин Междунар конф - Самара, 2003 - Т 1 - С 223-227

5 Е А Деулин, М С Басманов, Е А Ивченко Компьютерная диагностика турбомолекулярных вакуумных насосов // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика Тез докл 10 Междунар научн - техн конф студ и аспир - Москва, 2004 - Т 3 -С 345-346

6 Патент № 69940 Стенд вибрационной диагностики шарикоподшипникового узла турбомолекулярного вакуумного насоса / Е А Деулин, К Е Демихов, М С Басманов и др - // Б И - 2008

7 Basmanov М S , Deulin Е А, Ivchenko Е А System of Turbomolecular Pump (TMP) Failure Predictmg as a Resut of Friction Wear // Automotive and Industrial Lubrication Book of Syn Techniche Academie Esslingen Hrsg-Esslmgen, 2006 - P 229-230

8 Deulin E A, Demikhov К E, Basmanov M S System of Turbomolecular pump (TMP) monitoring and failure predicting // Vacuum Congress of IUVSTA Symposium Book of Syn IVC-16, ICSS-12, NANO-8, AIV-17 - Venice, 2004 -P 637-638

Подписано к печати 21 08 08 Заказ № 452 Объем 1,0 печ л Тираж 100 экз Типография МГТУ им Н Э Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул, д 5 263-62-01

ВВЕДЕНИЕ.

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.

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 1500-004.

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 1500-004.

2.4. Разработка алгоритма предсказания отказов ТМН.

2.5. Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ВОЗМОЖНОСТИ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ПРЕДСКАЗАНИЯ ОТКАЗОВ ТМН.

3.1. Разработка методики проведения экспериментов по исследованию износа подшипникового узла ТМН.

3.1.1. Калибровка ТМН по параметрам «мощность, потребляемая двигателем

ТМН — впускное давление ТМН».

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.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ ПРЕДСКАЗАНИЯ ОТКАЗОВ ТМН.

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

Period).

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

- Internal Rate of Return).

4.5.5. Оценка инвестиционного проекта по критерию индекса рентабельности (PI -Profitability Index).

Актуальность проблемы

Реализация новых технологических процессов в электронной технике, медицине, наноэлектронике, ядерной физике и других отраслях потребовала создания нового класса технологического и физико-аналитического оборудования.

Так, непрерывное совершенствование машин характеризуется увеличением мощностей и скоростей, снижением веса, повышением точности и долговечности.

Так, одной из тенденций современного машиностроения является расширение числа функций, выполняемых системами автоматизированного управления. В настоящее время типовыми функциями, выполняемыми САУ, являются:

- управление циклом и режимами обработки изделий,

- контроль параметров и качества изделий,

- блокировка механизмов при возникновении отказов оборудования,

- регистрация аварийных событий,

- интеграция со смежными подсистемами оборудования и

- другие.

Однако для некоторых ответственных образцов высококлассного оборудования, в которых само явление отказа является недопустимым, поскольку может приводить к катастрофическим последствиям и большим экономическим убыткам, этого уже не достаточно.

Таким образом, отказы в таких установках необходимо не блокировать, а предвидеть и предупреждать.

Примерами такого оборудования являются установки ОЖЕ, ВИМС, рентге-ноструктурного анализа, применяемые для широкого класса ответственных машин и приборов.

Установки позволяют исследовать физические и химические параметры, структуру изделий, при этом их стоимость может достигать 3 млн. долларов.

Практика эксплуатации и выполненные автором исследования показывают, что наиболее опасными объектами таких установок являются высокоскоростные подшипниковые узлы.

Постепенный износ сепараторов таких подшипников может привести к взрывному отказу этих узлов. Так, выход из строя высокоскоростного насоса может привести к отказу системы управления и разгерметизации вакуумной системы установки, что может потребовать ремонта, стоимость которого превышает сотни тысяч долларов, а длительность которого превышает несколько недель.

Целью работы является создание научных основ построения системы автоматической диагностики высокооборотных подшипников ответственных объектов машиностроения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) определить комплекс параметров, потенциально пригодных в качестве критерия аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов;

2) исследовать закономерность изменения критерия «накопленная работа трения» (далее - критерия НРТ) от величины суммарного износа сепаратора в период эксплуатации ответственного подшипникового узла;

3) разработать методику и аппаратные средства для автоматизированного расчета критерия НРТ.

Научная новизна

1. Обоснован новый критерий НРТ аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов, основанный на определении накопленной работы трения, затраченной на износ сепаратора шарикоподшипника во время его эксплуатации.

2. Разработана методика автоматизированного расчета критерия НРТ, используемого для предсказания аварийных отказов ответственных подшипниковых узлов, основанная на численном интегрировании работы сил трения, возникающих в шарикоподшипнике при его эксплуатации.

3. 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: впускное давление ТМН и накопленная работа трения, затраченная на износ сепаратора шарикоподшипника.

Практическая ценность

Разработанные критерий НРТ, методика и аппаратные средства для его автоматизированного расчета могут быть использованы при разработке систем автоматического управления (САУ) технологического оборудования, что позволит оценивать ресурс ответственных подшипниковых узлов, используя информацию о текущей суммарной работе по износу сепаратора.

Создаваемая система предсказания отказов ответственных подшипниковых узлов по своей структуре может быть встроена в уже существующие автоматизированные системы мониторинга (например, на установках Токамак-10 в РНЦ «Курчатовский институт» и др.).

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры МТ-11 «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э. Баумана, на 10-й Всероссийской научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» (Крым, 2003), Международной конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (Самара, 2003), 10-й Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2004), 16-м Международном вакуумном конгрессе «IVC

16» (г.Венеция, Италия, 2004), 17-м Международном вакуумном конгрессе «1УС-17» (г. Стокгольм, Швеция, 2007 г.) и др.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Показано, что за счет сокращения разницы между временем устранения аварийного отказа (до 1 месяца) и временем ППР, составляющего 1-20 часов, путем использования системы диагностики состояния ТМН можно обеспечить повышение производительности вакуумного оборудования более чем на 3-5%.

2. Анализ комплекса параметров ТМН показал, что наиболее эффективным критерием аварийных отказов ТМН является критерий НРТ, т.к. однозначно определяет объемный износ сепаратора подшипника ТМН. Опыт более чем 10-летнего периода эксплуатации ТМН в РНЦ «Курчатовский институт» показывает, что основной причиной их аварийных отказов в 90% случаев является катастрофический износ сепаратора шарикоподшипника подвески ротора насоса.

3. Основным физическим процессом, приводящим к износному отказу шарикоподшипников ТМН, является процесс трения шарика о сепаратор, при этом объемный износ сепаратора до разрушения является статистической величиной, стандартное отклонение которой ст = 0,12, а минимальное и максимальное значения объемного износа сепаратора соответственно Vmin= 3,53 мм3, Vmax= 4,02 мм3.

4. Показано, что накопленная работа трения, затрачиваемая на износ сепаратора подшипникового узла во время работы ТМН, линейно кореллируема с объемным износом сепаратора, при этом коэффициент корреляции составляет R = 0,96 ± 0,01.

5. Поскольку в системе диагностики ТМН невозможна установка устройств для прямого измерения момента трения шарикоподшипников, для оценки момента трения следует использовать разность текущей электрической мощности, потребляемой двигателем ТМН, с мощностью всех потерь в двигателе ТМН и мощностью, затрачиваемой на откачку газа, которая составляет около 10% от общей мощности, потребляемой двигателем ТМН в штатном режиме при возникновении максимального момента трения Мтртах =

19,2 Нмм, и 1% от общей мощности, потребляемой ТМН, при минимальном моменте трения М1^,,, = 2,4 Н мм.

6. Показано, что система автоматической диагностики ТМН помимо традиционно используемого вибродатчика и штатного датчика впускного давления ТМН должна включать датчики, позволяющие определять момент трения в подшипниках насоса (датчик мощности, потребляемой двигателем ТМН; частоты вращения ротора ТМН), результаты работы которых анализируются в едином масштабе времени.

7. Показано, что для исключения аварийных остановов вакуумных установок по причине отказов ТМН следует при разработке САУ вакуумного оборудования использовать критерий «накопленная работа трения», определяемый при эксплуатации ТМН по разработанной методике.

1. Авакян В.А. Исследование качества монтажа подшипников электрических машин путем вибродиагностики // Электротехника.- 1980.- №8.-С.29-33.

2. Александрова А.Т. Оборудование электровакуумного производства М.: Энергия, 1974.-384 с.

3. Артоболевский И.И., Бобровницкий Ю.И., Генкин М.Д. Введение в акустическую динамику машин М.: Наука, 1979.- 296 с.

4. 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.

5. Бароне П.П., Звиедрис А.В., Салениекс Н.К. Надежность и качество механических систем Рига: Авотс, 1982.- 85 с.

6. Баршдорф Д. Методы диагностирования механизмов вращения // Техническая диагностика.: Тез. докл. 3 Междунар. симп. ИМЕКО.- Берлин,1983.-С. 122-123.

7. 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.

8. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения М.: Машиностроение, 1975. - 572 с.

9. Бендат Д., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа М.: Машиностроение, 1983.- 312 с.

10. Ю.Биргер И.А. Техническая диагностика М.: Машиностроение, 1978.240 с.

11. 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.

12. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел М.: Машиностроение, 1968. - 542 с.

13. Браун С., Дантер Б. Анализ вибрации роликовых и шариковых подшипников // Конструирование и технология машиностроения.- 1979.- Т. 101, №1.- С.65-72.

14. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов /Ф.Я. Балиц-кий, М.А. Иванова, А.Г. Соколова и др.- М.: Наука, 1984.- 120 с.

15. Волчкевич Л.И. Надежность автоматических линий М.: Машиностроение, 1969.-308 с.

16. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов М.: Машиностроение, 1987.- 282 с.

17. ГОСТ 21098-82. Цепи кинематические. Методы расчета точности. М., 1984.- 26 с.

18. ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения. М., 1983.- 30 с.

19. ГОСТ 27.503-81. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности.- М., 1982 55 с.

20. Гущин И.В. Исследование и разработка системы диагностики элементов вакуумного оборудования: Автореф. дис. . канд. техн. наук.- Москва, 1997.- 16 с.

21. Данилин Б.С. Вакуумная техника в производстве интегральных схем -М.: Энергия, 1972,- 256 с.

22. Деулин Е.А. Исследование вводов вращения высоковакуумного напыли-тельного оборудования с целью создания унифицированных конструкций: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Москва, 1971.- 16 с.

23. Деулин Е.А. Основы теории проектирования механизмов автоматизированного сверхвысоковакуумного оборудования: Дис. .док. тех. наук.-Москва, 1987. 640 с.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники М.: Мир, 1964. - 716 с.

28. Калявин В.П., Мозгалевский А.В. Технические средства диагностирования JL: Судостроение, 1984. - 227 с.

29. 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.

30. 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.

31. Каталог фирмы «Edwards Vacuum Equipment». Crawly (England), 1978. -133 с.

32. Каталог фирмы «Leybold-Heraeus».- Hanay (Germany), 1986. 12 с.

33. Катал or фирмы «RIBER UHV Short Form 608.10C.22. Manipulation: Single Motion Feedtrough». RUEL Malmaison (France), 1988. - 38 c.

34. Каталог фирмы «RIBER».- RUEL Malmaison (France), 1988. -810 c.

35. Каталог фирмы «VARIAN. Varian Vacuum Products». Italy, 1995/1996. -446 c.

36. Киселёв М.И., Новик Н.В, Пронякин В.И. Регистрация параметров крутильных колебаний валопровода турбогенератора // Измерительная техника. 2000. - № 12. - С. 34-36.

37. Киселёв М.И., Пронякин В.И. Фазовый метод исследования циклических машин и механизмов на основе хронометрического подхода // Измерительная техника. 2001. - №9. - С. 15-18.

38. Коллакот Р.А. Диагностирование механического оборудования. Л.: Энергия, 1980.- 296 с.

39. Костецкий Б.И. Износостойкость деталей машин М.: Машгиз, 1950. -168 с.

40. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. -М.: Машиностроение, 1977. 525 с.

41. Крагельский И.В., Любарский И.М., Гусляков А.А. Трение и износ в вакууме М.: Машиностроение, 1973.- 216 с.

42. Кужман А.Г. Повышение надежности узлов трения сверхвысоковакуум-ного технологического оборудования: Дис. .канд. техн. наук. Москва, 1987.-215 с.

43. Марпл С.Л., Цифровой спектральный анализ -М.: Мир, 1987.- 135 с.

44. 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.

45. 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.

46. Немцов М.В., Светлакова И.И. Электротехника Ростов-н/Д.: Феникс, 2004.- 567с.

47. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов М.: Машиностроение, 1971.-223с.

48. Патент РФ №1835065. Способ диагностики технического состояния циклически нагруженных элементов вакуумного оборудования / Е.А. Де-улин, Д.Р. Ахмадиев // Б.И.- 1993.- №30.

49. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник М.: Машиностроение, 1992. -524 с.

50. Пинегин С.В. Трение качения в машинах и приборах М.: Машиностроение, 1976. - 264 с.

51. 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.

52. Проников А.С. Надежность машин М.: Машиностроение, 1978. - 591 с.

53. 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.

54. Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учебное пособие для вузов М.: Высшая школа, 1990.- 320 с.

55. Розанов Л.Н. Вакуумные машины и установки Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ие, 1975.- 336с.

56. 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.

57. 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.

58. Соколова А.Г. Методы акустической диагностики зарождающихся эксплуатационных дефектов механизмов // Точность и надежность механических систем. 1984. - С. 38-48.

59. Соколова А.Г. Методы и средства технической диагностики // Приборы, средства автоматизации и системы управления ЦНИИТЭИ приборостроения. 1981. - №1,- С.5-39.

60. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Теория автоматического управления техническими системами М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1993.-492с.

61. Спицын Н.А., Атрас С.Г., Цыплянова Н.С. Потери на трение в подшипниках качения — М.: НИИНавтопром, 1968. 103 с.

62. Спицын Н.А., Иванов В.Н. Пути создания особо быстроходных подшипников // Подшипник. 1953. - №4. - С. 1-7.

63. Спицын Н.А., Машнев М.М., Красовский Е.Д. Опоры осей и валов машин и приборов М.: Машиностроение, 1970. - 519 с.

64. Старостин Н.Ф. Движение шарика в радиально-упорном подшипнике //Труды Всесоюз. научн.-исслед. конструкр.-технол. ин-та подшип. промети. 1968.- №1.- С. 42-53.

65. 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.

66. Техническое описание и инструкция по эксплуатации многофункциональной платы ввода/вывода JIA-1.5 PCI-14 / АОЗТ "Руднев-Шиляев". -Москва, 2001. -40с.

67. Филимонов В.Ф. Инструкция по определению работоспособности тур-бомолекулярных насосов по вибрации -М.: п.о. Обь, 1987.- 15с.

68. Харкевич А.А. Борьба с помехами М.: Машиностроение, 1965.- 265 с.

69. Хруничев Ю.А. Автоматические сборочные станки в электровакуумном производстве // Автоматизация сборочных работ в приборостроении.: Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции. Москва, 1975.- 160 с.

70. Хруничев Ю.А. Анализ производительности оборудования для производства электронных приборов // Электровакуумное машиностроение.1978. -№ 2. -С. 46-71.

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.

72. 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.

73. Чуев Ю.В., Михайлов Ю.Б., Кузьмин В.И. Прогнозирование количественных характеристик процессов М.: Сов. радио, 1975.- 400с.

74. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов -М.: Машиностроение, 1973. 639с.

75. Юрков Ю.В. Исследование шарикоподшипников, работающих в автоматизированном вакуумном технологическом оборудовании: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Москва, 1981. - 16 с.

76. Явленский А. К., Явленский К. Н. Теория динамики и диагностики систем трения качения JL: Изд-во ЛГУ, 1978.- 184 с.

77. Явленский К. Н., Явленский А. К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем Л.: Машиностроение, 1983.- 239 с.

78. 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.

79. Board D.B. Incipient failure detection for helicopter drive trains // American Institute of Aeronautics and Astronautics Pap.- 1977.- N. 898.- P. 1-11.

80. 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.

81. MatLab The Language of Technical Computing. Using MatLab / MathWorks, Inc.- London, 1997.- 516 p.

82. 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.

83. 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.

84. Rb := — -радиус шарика, do := -средний диаметр,

85. Dv := Do-Db -диаметры по желобам внутреннего и наружного колец подшипника соответственно,1. Dn:= D0+ Db

86. 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,

87. Enk := 2.1 • 106 Evk := 2.1 • 106

88. Rgv:= Rb kotr -радиусы желобов внутреннего и наружного колец подшипника соответственно,1. Rgn := Rg\цЗс := —---границы области сочетания коэффициентов трения (рис.2.8),1. Rb кц4с := 1 + — Rb

89. 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

90. 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

91. Cosxb = 0.931 Costa = 0.954k3a := 0.556 -коэффициенты зависящие от cost,k3b := 0.630

92. Qa := Qpa + у -нормальная реакция на шарик внутреннего кольца,

93. Момент трения верчения в контакте шарика с одним из колец:1-2 2 Г 1 IV

94. Mvu:= 0.638- 10 -k4 • — + — -ца-Оа VRb R vj1. Mvu= 4.892 х 10 3

95. Определяем момент трения подшипника во время заклинивания:

96. Mtrzak:= RvjicQcsk + f— + cos(a)^ k—уЦ- + z-Mvusir(a) V Rb J sir(a)

97. 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. Mtrzak^1. Nmax := . • w1. V 1000 J

98. Nmax =41.431 Мощность, затрачиваемая ТМН на преодоление максимального момента сопротивления, Вт

99. Nmin := , - w - Мощность, затрачиваемая ТМН на преодоление минимальногомомента сопротивления, Вт

100. Nmin= 5.008 delta := Nmax- Nmitdelta = З6.422 Разница максимальной и минимальной мощности, Вт

101. Оптический датчик с ислольъобанаеы кдарцебсео стекле

102. Впускной патрубок ТМН, 2- Кварцевые каналы, 3- Оптронный блок, 4- Галогенная лампа, 5- Фотоэлемент, 6- Вентилятор, 7- Крепежный элемент.

103. Оптический датчик с использованием оптоШоконнш проводников

104. 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;

105. W=ia.*ua+ib.*ub+ic.*uc % Рассчет общей мощности % figure % zoom on