автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Технология технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов на основе анализа вибрации и содержания продуктов износа в масле

На правах рукописи

Панкратов Андрей Адольфович

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГЛАВНЫХ РЕДУКТОРОВ РЫБОПРОМЫСЛОВЫХ СУДОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ВИБРАЦИИ И СОДЕРЖАНИЯ ПРОДУКТОВ ИЗНОСА В МАСЛЕ

Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их

элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Калининград-2003

Работа выполнена в Мурманском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Прыгунов Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ковальчук Леонид Игнатьевич доктор технических наук, профессор Фонарев Аркадий Лазаревич;

Ведущая организация: Союз рыбохозяйственных организаций "Консорциум Мурманский траловый флот"

Защита состоится 15 января 2004 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 307.007.02 при Калининградском государственном техническом университете по адресу: 236000, г. Калининград, Советский проспект,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Калининградского государственного технического университета

Д. 1

Автореферат разослан

II

м

ноября 2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Пухов В.В.

Су

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В развитии рыбопромышленной отрасли и обеспечении населения страны рыбной пищевой продукцией решающую роль играет промысловый флот.

В условиях перехода к рыночной экономике остро стоит вопрос о снижении себестоимости рыбопродукции. При этом важнейшее значение приобретает снижение непроизводительных эксплуатационных затрат на содержание добывающего флота, большую часть которых составляют затраты на судоремонт. Кроме того, флот рыбной промышленности продолжает стареть. Общий физический износ промыслового флота составляет 51 %. За пределами нормативных сроков службы находятся 31 % крупных и больших, 45 % средних и около 75 % малых и маломерных судов.

В этих условиях кардинальным средством, обеспечивающим решение задачи поддержания надежного и эффективного функционирования флота, становится переход от традиционной системы его эксплуатации "по расписанию" к эксплуатации "по состоянию", обеспечивающей экономию трудовых, производственных и топливно-энергетических ресурсов.

Разработка технологий технической диагностики элементов главной энергетической установки рыбопромысловых судов имеет важное прикладное значение.

Целью работы является разработка технологии безразборной технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов с использованием вибрационного канала информации и анализа продуктов износа в смазочном масле.

Методы исследования. В работе использовались: • современные методы экспериментального исследования динамики машин (спектральный анализ в постоянных относительных полосах частот,

октавный, третьоктавный анализ, анализ огибающих высокочастотной компоненты вибрации);

• метод рентгеновского флуоресцентного анализа содержания продуктов износа в смазочном масле главных редукторов;

• статистические методы обработки данных по результатам контроля и диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что:

• детально исследована звуковая вибрация главных редукторов судов основных серийных проектов (1332 типа "Баренцево море", "Атлантик-333", В-408 типа "И. Бочков", 503 типа "Альпинист", 1386 типа "Горизонт", "Атлантик-488", типа "И. Шаньков");

• доказана эффективность рентгеновского флуоресцентного анализа, обеспечивающего контроль содержания в масле примесей железа, меди, хрома, никеля, олова и свинца, в диагностике дефектов главных редукторов;

• разработаны критерии оценки технического состояния главных редукторов на основе контроля вибрации и анализа содержания продуктов износа в масле;

• разработана и внедрена в масштабе Северного бассейна техническая инструкция по безразборной диагностике главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле.

Положения, выносимые на защиту:

• результаты экспериментальных исследований звуковой вибрации;

• результаты экспериментальных исследований содержания продуктов износа в масле главных редукторов рыбопромысловых судов;

• критерии оценки технического состояния главных редукторов на основе контроля вибрации и анализа содержания продуктов износа в масле;

• технология технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов на основе анализа вибрации и содержания продуктов износа в масле.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и достоверность результатов исследований обеспечены постановкой задачи, базирующейся на экспериментальных и статистических данных по надежности исследуемых главных редукторов, опыте виброакустических исследований и рентгеновского флуоресцентного анализа в судостроении и машиностроении, а также безаварийной эксплуатацией главных редукторов рыбопромысловых судов в процессе мониторинга технического состояния и признанием специализированными органами Российского Морского Регистра Судоходства результатов диагностического освидетельствования главных редукторов.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана и внедрена в масштабе Северного бассейна техническая инструкция по безразборной диагностике главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле, обеспечившая существенное снижение эксплуатационных затрат на содержание рыбопромыслового флота.

Реализация работы. Разработана и принята Российским Морским Регистром Судоходства техническая инструкция 150-04.688-000 ИТ "Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле", результаты проведенных исследований внедрены в ООО "ДиаМАНТ" (г. Мурманск), в ОАО "Мурманский траловый флот", на ряде малых рыбопромышленных предприятий, используются в учебном процессе в Мурманском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной конференции "NORTHERN UNTVER-

иШУЕК8ГПЕ8" (г. Мурманск, Мурманский государственный технический уни-верситет, 1997 г.), Первой международной научно-технической конференции "Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование" (г. Калининград, Калининградский государственный технический университет, 1997 г.), Международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-летию высшего рыбохозяйственного образования в России (г. Калининград, Калининградский государственный технический университет, 1999 г.), Всероссийской научно-технической конференции "Наука и обра-зование-2003" (г. Мурманск, Мурманский государственный технический университет, 2003 г.), Второй областной научно-практической конференции "Проблемы активизации научно-технической деятельности в эксклав-ном регионе России" (г. Калининград, Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота, 1996 г.), 7-й и 8-й научно-технических конференциях МГТУ (г. Мурманск, Мурманский государственный технический университет, 1996,1997 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 10 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 85 наименований и приложения. Она содержит 157 страниц машинописного текста с приложением, включая 6 таблиц и 26 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, дана оценка состояния проблемы, определены цели и задачи исследования. Отмечается, что флот рыбного хозяйства продолжает стареть. Данные по возрастному составу основных групп судов добывающего флота Мурманской области приведены в таблице 1.

Таблица 1

Возрастной состав добывающего флота Мурманской области

Группа судов Количество судов Средний срок службы, лет Срок службы судов, лет

до 5 6-10 11-15 16-20 Свыше 20

Крупные суда 20 14,6 — 3 9 4 4

Большие суда 36 19,8 — — 1 13 22

В том числе бербоут-чартерные 1 13,0 — — 1 — —

Средние суда 205 17,2 13 27 49 34 82

В том числе бербоут-чартерные 27 18,9 5 1 4 3 14

Малые суда 19 12,5 — 9 2 4 4

Всего 280 17,0 13 39 61 55 112

Из приведенных данных видно, что 112 судов, или 40 % добывающего флота Мурманской области, имеют срок службы более 20 лет, т. е. превышен нормативный срок эксплуатации.

В первой главе рассмотрено состояние исследований в области вибрационной диагностики зубчатых передач и подшипников.

Решением задач диагностирования технического состояния судовых машин и механизмов занимались организации: ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова, ЦНИИМФ, Институт машиноведения РАН и другие. Весомый вклад в развитие виброакустической диагностики зубчатых передач и подшипников внесли отечественные и зарубежные ученые: В.Б. Павлов, М.Д. Генкин, А.Г. Соколова, Э.Л. Айрапетов, В.И. Попков, К.Н. Явлен-ский, K.M. Рагульскис, A.B. Барков, P.A. Коллакот, К. Цемпель. и другие.

Редукторы представляют собой сложные передаточные механизмы, содержащие значительное количество зубчатых колес и подшипников и существенно влияющие на эксплуатационную надежность машины. Разнообразие конструкций, габаритных размеров, скоростных режимов и соответственно динамических нагрузок, значения которых определяются в том числе погрешностями изготовления и монтажа зубчатых колес, обусловливает разнообразие характеристик возбуждения колебаний в зубчатых механизмах и разнообразие проявления неисправностей в акустическом сигнале.

В главе проанализированы типовые повреждения основных узлов редукторов, испытывающих динамические нагрузки и подверженных износу, к которым относятся зубчатые колеса, подшипники и соединительные муфты, связывающие редуктор с другими машинами, на основе теоретических работ И.И. Артоболевского, М.Д. Генкина, Ю.И. Бобровницкого, Э.Л. Айрапетова и других. Рассмотрены общие закономерности характера изменения акустического сигнала при нарушениях в работе механизмов, вызванных дефектами изготовления, сборки и эксплуатации. Подробно автор остановился на анализе эксплуатационных дефектов редукторов, дефектов зубчатых передач, эксплуатационных дефектов подшипников качения и скольжения.

Выполнив анализ подходов к выбору измеряемого параметра вибрации, его характеристик, целей и методов нормирования вибрации механизмов, автор показал, что при решении задач нормирования вибрации главных редукторов рыбопромысловых судов в качестве контролируемого параметра целесообразно использовать третьокгавные спектры виброускорения на опорах валов редуктора и спектры огибающей высокочастотной компоненты вибрации на подшипниках качения.

Специальных технически обоснованных норм для оценки вибрации главных редукторов судов нет. В последнем издании "Правил классифика-

ции и постройки морских судов" Российского Морского Регистра Судоходства регламентированы предельно допустимые уровни вибрации судовых дизелей и главных турбозубчатых агрегатов (ГТЗА). В силу специфики разработки "Правил классификации и постройки морских судов" (в дальнейшем - "Правила Регистра") дизель-редукторные агрегаты (ДРА) как отдельная группа агрегатов в них не рассматриваются. Следуя букве "Правил Регистра" вибрацию ДРА нормируют по нормам вибрации для входящих в их состав дизелей. Данная работа единственная, где приводятся статистические материалы по контролю и нормированию вибрации судовых ДРА.

В главе 2 изложены современные представления трибологии о физических процессах, протекающих в поверхностном слое материала под действием трения, ведущих к его разрушению, рассмотрены основные характеристики и виды изнашивания. Проведен обзор форм проявления изнашивания, обращено внимание на тот факт, что в чистом виде каждый из отмеченных механизмов изнашивания практически не встречается, чаще всего преобладает ведущий механизм изнашивания и сопутствующие его формы в зависимости от особенностей конструкции и условий работы узла трения.

Наибольший вклад в научное понимание физики явлений изнашивания в СССР, а затем в России внесли такие ученые, как В.Д. Кузнецов, И.В. Крагельский, Б.И. Костецкий, A.C. Ахматов, H.A. Буше, H.H. Дави-денков, Ю.С. Терминасов, а за рубежом - Ф. Боуден, Д. Тейбор, Т. Куин, П.А. Чессен, К. Мейер и др. Эти ученые сопоставили износостойкость с влиянием структурных факторов материалов в формировании физико-механических свойств поверхностей, обнаружили упрочнение и разупрочнение материала трением, отличие деформации зерен поликристаллических материалов на поверхностях трения и во внутреннем объеме и другие фундаментальные явления, определяющие изнашивание.

Наиболее существенные результаты рентгеновских исследований процессов изнашивания получены в 50-х-70-х гг. Ю.С. Терминасовым, И.М. Любарским, Л.С. Палатником, Л.М. Рыбаковой, Л.И. Куксеновой и другими учеными. Широкое распространение для определения химического состава частиц износа получил рентгеноспектральный флуоресцентный анализ (РФА).

Способы рентгеноспектрального анализа в основном определяются условиями его применения. Сравнение по таким критериям, как количество определяемых элементов и их концентрация, точность результатов, трудоемкость и продолжительность каждого определения показывает, что РФА предпочтительнее, чем многие классические и современные методы. Преимуществом РФА является также то, что рентгеновские спектры содержат сравнительно мало линий и их интерференция происходит значительно реже, чем при оптическом спектральном анализе. Кроме того, РФА наиболее информативен в диапазоне крупности частиц износа, характерном для трения в машинах.

Сделан вывод, что трибодиагностика (анализ продуктов износа в масле) является весьма информативным и признанным в мире методом контроля технического состояния узлов, подверженных износу и омываемых смазывающим маслом. На наш взгляд, наибольший эффект применительно к контролю состояния главных редукторов рыбопромысловых судов достигается при совместном применении методов и средств трибо- и вибродиагностики.

В главе 3 рассмотрены особенности конструкций главных редукторов рыбопромысловых судов, изложены результаты исследования технического состояния редукторов по параметрам вибрации и содержанию продуктов износа в масле.

Объектами исследования являлись ГЭУ наиболее перспективных с экономической точки зрения судов типа: "Баренцево море", "И. Бочков",

"Горизонт", "Атлантик-333", "Атлантик-488, "Альпинист", "И. Шаньков". Следует отметить, что работ, направленных на детальное исследование звуковой вибрации ДРА этих судов, ранее не проводилось, поэтому на первоначальном этапе автором был проведен общий анализ характерных особенностей их вибрации. Контролировалось виброускорение в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц на подшипниковых узлах валов главных редукторов. Обследование ГЭУ было комплексным, так как одновременно с вибрацией контролировались параметры работы цилиндров дизеля, крутильные колебания коленчатого вала дизеля, проводился анализ продуктов износа в масле, что позволило установить взаимосвязь между различными каналами диагностической информации.

Как и следовало ожидать, основной вклад в звуковую вибрацию главных редукторов дает зубчатое зацепление, однако вибрацйя, как правило, далека от монохроматической с зубцовой частотой. Широко представлены амплитудная и фазовая модуляция зубцовой частоты, супергармонические и субгармонические составляющие зубцовой частоты. Амплитудная модуляция зубцовых частот частотами вращения шестерни и колеса вызывается в первую очередь дефектами взаимного расположения зубчатых колес, приводящими к фазовой неоднородности зазора в зацеплении; фазовая модуляция зубцовой частоты частотами, кратными частоте рабочего процесса дизеля, вызывается разрегулировкой дизеля, неравномерностью распределения нагрузки между цилиндрами. Соотношение между основной гармоникой и супергармониками зубцовой частоты определяется колебаниями вращающего момента на валах, что подтверждается результатами торсио-графирования, общий рост супергармоник зубцовой частоты может быть вызван увеличенным зазором в зацеплении.

Особо следует отметить наблюдавшееся в ряде случаев возбуждение в спектре вибрации субгармоник зубцовой частоты, преимущественно в направлении, параллельном оси вращения зубчатых колес, характерна

резкая асимметрия сигналов в осевом и радиальном направлениях на опорах валов зубчатых колес. Такая динамика может быть объяснена нелинейным субгармоническим резонансом, возникающим вследствие ударных нагрузок в зацеплении. Причинами таких нагрузок могут быть разрегулировка дизеля (неравномерность частоты вращения) и прослабленная посадка валов в корпусе редуктора. Зарождающиеся дефекты подшипников проявляются в первую очередь в росте уровней высокочастотной вибрации в области подшипника, что привело к выводу о возможности применения к диагностике подшипников спектра огибающей высокочастной компоненты вибрации. Кроме отмеченных общих особенностей вибрации судовых ДРА имеются индивидуальные особенности, характерные для каждого проекта.

Предварительные выводы о характере виброактивности элементов ГЭУ определили требования к методике технической диагностики, которая должна быть направлена на выявление дефектов монтажа, последствий нарушения условий эксплуатации и естественного износа деталей и узлов элементов ГЭУ.

В качестве основного критерия оценки технического состояния главных редукторов по параметрам вибрации принято соответствие полученного максимального по подшипникам третьоктавного спектра виброускорения статистически обоснованной норме вибрации редуктора. Статистический анализ случайных виброакустических процессов предполагает обработку большого объема информации. Статистически обоснованные местные нормы вибрации редукторов разработаны с учетом рекомендаций по местному нормированию шума и вибрации машин в промышленности (МКШС-71) и не превышают требований "Правил Регистра". Пример определения статистической нормы вибрации для главного редуктора БАТ типа "Горизонт" представлен на рис. 1. Для получения статистически обоснованной нормы вибрации были замерены уровни вибрации 18 однотипных машин. Если

разность уровней в аналогичных точках различных машин не превышала 10 дБ, за норму принималось максимальное значение уровня вибрации по всем машинам.

Относительный характер оценки технического состояния подшипников по спектру огибающей высокочастотной компоненты вибрации не требует специального нормирования этих спектров, что позволяет воспользоваться рекомендациями компании "ВАСТ" (В.А. Барков, H.A. Баркова и др.) по их нормированию.

В целях повышения достоверности диагноза дополнительно предусмотрен анализ продуктов износа в масле главных редукторов. Рентгеновский флуоресцентный анализ обеспечивает контроль содержания в масле примесей железа, хрома, меди, олова и свинца.

I Гц (кГц)

Рис. 1. Норма вибрации редуктора БАТ "Горизонт": — - - норма вибрации по "Правилам Регистра"; —— - статистическая норма вибрации

На рис. 2 представлены гистограммы содержания продуктов износа в масле главных редукторов Ь8-2200. В таблице 2 приведены корреляци-

онные зависимости между наработкой редуктора, содержанием в пробах железа, меди, хрома, никеля.

МЕДЬ

Содержание, ррт

Содержание, ррт

ХРОМ

Содержание, ррт

1- т- сч (Ч Содержание, ррт

Рис. 2. Содержание продуктов износа в смазочном масле

Таблица 2

Корреляционные зависимости между наработкой редуктора и содержанием в пробах железа, меди, хрома, никеля -

час Ре Си Сг №

час 1 -0,0672 -0,1518 0,013635 -0,05088

Ре 1 0,547881 0,578176 0,547572

Си 1 0,656303 0,469269

Сг 1 0,904158

№ 1

Статистический анализ содержания продуктов износа в масле главных редукторов рыбопромысловых судов позволил сделать следующие выводы:

- практически отсутствует корреляция между наработкой редуктора в часах и содержанием в пробах железа, меди, хрома, никеля (наибольшая корреляция - 0,15 наблюдается по меди), что позволяет разработать систему диагностики главных редукторов на основе анализа содержания продуктов износа в масле;

- высокая корреляция хрома и никеля, что приводит к заключению о достаточности анализа только по хрому;

- относительно незначительная корреляция железа с хромом и никелем свидетельствует о различных источниках поступления этих металлов в масло.

На основе анализа содержания продуктов износа в масле главных редукторов разработаны критерии оценки их технического состояния.

Считается удовлетворительным рабочее состояние редуктора при следующих показателях содержания металлов в масле:

железа...................................менее 15 ррш

меди......................................менее 10 ррш

хрома....................................менее 3 ррш

В главе 4 разработана технология технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов, которая описывает: режим и объем контроля, требования к применяемой аппаратуре, критерии оценки техни: ческого состояния редуктора, периодичность и сроки проведения контрольных замеров, постановку редуктора на хранение и профилактические работы.

Предлагаемая автором методика технической диагностики включает в себя контроль третьоктавных спектров виброускорения на опорах валов редуктора, сравнение их с разработанной статистической нормой и контроль спектра огибающей высокочастотной компоненты вибрации на под-

шипниках качения. В целях повышения достоверности диагноза дополнительно предусмотрен анализ продуктов износа в масле главных редукторов.

Основные типы превышения вибрации редукторов над нормой и их вероятные причины приведены в таблице 3.

Таблица 3

Основные типы превышения вибрации ДРА над нормой

и их вероятные причины

Полоса превышения Характер превышения Причины превышения Рекомендации

Частота вращения и удвоенная частота вращения валогенераторов Продольная, реже радиальная вибрация валов привода валогенераторов Расцентровка валогенераторов с редуктором Контроль центровки агрегатов

100-200 Гц Продольная вибрация со стороны дизеля Недостаточная точность регулировки дизеля Контроль параметров рабочего процесса, регулировка дизеля

Область зубцовых частот 500 Гц-2 кГц Уменьшается уровень на зубцовых частотах, растёт широкополосная вибрация по всем точкам и направлениям Дефекты зацепления, питгинг, поломка зуба. Люфт в управляемых муфтах для пр. 408 "И. Бочков" Ревизия зацепления. Контроль зазоров и подшипников управляемых муфт

4,5 кГц Подшипники качения Зарождающиеся дефекты подшипников качения Уточненная диагностика по методу огибающей

Только для редукторов с навесными шестерёнчатыми насосами, например, пр. 408 "И. Бочков":

160,200,250 Гц Область навесных шестерёнчатых насосов Пульсация давления на выходе навесных шестеренчатых насосов Нормальная вибрация для данного типа машин, не путать с дефектом подшипника

В главе изложены основные положения разработанной и принятой Российским Морским Регистром Судоходства технической инструкции 150-04.688-000 ИТ "Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле".

В главе 5 анализируются результаты использования технической инструкции 150-04.688-000 ИТ.

За период действия данной инструкции произведено диагностическое обследование ДРА 48 судов: 14 - проекта 1332 типа "Баренцево море", 7 - проекта "Атлантик-333", 3 - проекта В-408 типа "И. Бочков", 10 - проекта 503 типа "Альпинист", 3 - проекта 1386 типа "Горизонт", 2 - проекта "Атлантик-488", 2 - проекта 394А, 7 - типа "И. Шаньков".

Статистика диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов представлена на рис. 3.

15 14 13 12 11 § ю

8 9

0 8

1 в О с

к 5 4

3 2 1 0

; ■■■■

333

394А

408

488 503 Тип судна

1332

1386 Шаньков

Рис. 3. Статистика диагностики главных редукторов: I I - техническое состояние "удовлетворительно"; Щ - техническое состояние "неудовлетворительно"

Использование методики на практике подтвердило, что большинство развивающихся в узлах машин дефектов начинают оказывать влияние на

вибрацию за много месяцев до наступления предаварийной ситуации. Исключение составляют лишь некоторые из дефектов изготовления и дефекты, появляющиеся в результате грубых нарушений правил эксплуатации агрегата.

Основные итоги работы подведены в заключении, в котором, кроме того, намечены направления дальнейших исследований по расширению области применения предложенных технологий, повышения их эффективности.

Основные выводы и результаты:

1. Впервые выполнены работы, направленные на детальное исследование звуковой вибрации главных редукторов судов основных серийных проектов: 1332 типа "Баренцево море", "Атлантик-333", В-408 типа "И. Бочков", 503 типа "Альпинист", 1386 типа "Горизонт", "Атлантик-488", типа "И. Шаньков".

2. Доказана эффективность рентгеновского флуоресцентного анализа масел при диагностике дефектов главных редукторов.

3. Разработаны критерии оценки технического состояния главных редукторов на основе контроля вибрации и анализа содержания продуктов износа в масле.

4. Разработана и принята Российским Морским Регистром Судоходства техническая инструкция 150-04.688-000 ИТ "Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов ^применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле".

Основные результаты диссертационной работы изложены в публикациях:

1. Прыгунов, А.И. Технология комплексной технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов типа "И. Бочков" и "Моон-зунд" / А.И. Прыгунов, A.A. Панкратов // Седьмая научно-техническая

конференция МГТУ: Сб. тез. докл.: Мурманск, 15-20 апреля 1996 г.: В 2 ч. Ч. 1 / МГТУ. - Мурманск, 1996. - С. 21-22.

2. Прыгунов, А.И. Применение методов технической диагностики для оценки технического состояния главных редукторов рыбопромысловых судов / А.И. Прыгунов, A.A. Панкратов // Проблемы активизации научно-технической деятельности в эксклавном регионе России: Материалы второй областной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Калининградской области: Калининград, 4 июня 1996 г. / БГАРФ. - Калининград, 1996. - С. 26.

3. Прыгунов, А.И. Анализ продуктов износа в масле главных редукторов рыбопромысловых судов / А.И. Прыгунов, A.A. Панкратов, O.A. Никонов // Восьмая научно-техническая конференция МГТУ: Сб. тез. докл.: Мурманск, 14-30 апреля 1997 г.: В 3 ч. Ч. 3 / МГТУ. - Мурманск, 1997. -С. 51-52.

4. Панкратов, A.A. Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов / A.A. Панкратов // Первая Международная научно-техническая конференция "Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование": Сб. тез. докл.: Калининград, 1-3 июля 1997 г.

' / КГТУ. - Калининград, 1997. - С. 97.

5. Prygunov, A.I. Integrated system for technical diagnostics of the main reduction gears on board fishing vessels / A.I. Prygunov, A.A. Pankratov // Abstracts of papers to be presented at the international conference "NORTHERN UNIVERSITIES" / MSTU. - Murmansk, 1997. - C. 80.

6. Прыгунов, А.И. Технология комплексной технической диагностики главных редукторов судов типа "И. Бочков" и "Моонзунд": / А.И. Прыгунов, A.A. Панкратов // Информ. лист № 100-97 / ЦНТИ. - Мурманск, 1997.

7. Прыгунов, А.И. Решение проблемы технической диагностики подшипников качения разъединительных муфт на примере муфты "Меслу" / А.И. Прыгунов, A.A. Панкратов // Международная научно-практическая

конференция, посвященная 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-летию высшего рыбохозяйственного образования в России: Сб. тез. докл.: Калининград, 17-19 ноября 1999 г.: В 4 ч. Ч. Ш/ КГТУ. -Калининград, 1999. - С. 35-36.

8. Панкратов, A.A. Опыт оценки технического состояния главных редукторов рыбопромысловых судов путем анализа продуктов износа / A.A. Панкратов, Е.В. Переплетчикова // Международная научно-практическая конференция, посвященная 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-летию высшего рыбохозяйственного образования в России: Сб. тез. докл.: Калининград, 17-19 ноября 1999 г.: В 4 ч. Ч. Ш / КГТУ. - Калининград, 1999. - С. 24-25.

9. Прыгунов, А.И. Виброметрия и виброакустическая диагностика главных энергетических установок рыбопромысловых судов / А.И. Прыгунов, A.A. Панкратов // Наука - производству: Ежемесячный научно-технический журнал. - 2000. - № 2(27). - С. 13-14.

10. Панкратов, A.A. Анализ эксплуатационных дефектов главных редукторов рыбопромысловых судов / A.A. Панкратов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции "Наука и образование - 2003": Мурманск, 2-16 апреля 2003 г.: В 5 ч. Ч. 5 / Гос. ком. РФ по рыболовству: МГТУ. - Мурманск, 2003. - С. 18-19.

Издательство МГТУ. 183010 Мурманск, Спортивная, 13. Сдано в набор 17.11.2003. Подписано в печать 18.11.2003. Формат 60х841/1б Бум. типографская. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 0,91. Заказ 448. Тираж 80 экз.

I

<l<=>o?~t\

« 2 О О 6 7

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ВИБРАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ И ПОДШИПНИКОВ.

1.1. Методы обработки сигналов, применяемых при исследованиях вибрационной динамики машин.

1.1.1. Методы обработки сигналов вибрации при одноканальных измерениях

1.1.2. Методы анализа стохастической связи случайных процессов при многоканальных измерениях.

1.2. Диагностирование эксплуатационных дефектов редукторов.

1.2.1. Дефекты зубчатой передачи.

1.2.2. Эксплуатационные дефекты подшипников качения.

1.2.3. Эксплуатационные дефекты подшипников скольжения.

ГЛАВА 2. ДИАГНОСТИКА ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ И ПОДШИПНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНАЛИЗА СОДЕРЖАНИЯ ПРОДУКТОВ ИЗНОСА В МАСЛЕ.

2.1. Основные характеристики и виды изнашивания.

2.2. Кинетическая интерпретация изнашивания.

2.3. Термодинамическая интерпретация изнашивания.

2.4. Применение рентгеновских методов исследования.

2.5. Влияние величины зерен и их распределения на интенсивность флуоресценции.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ГЛАВНЫХ РЕДУКТОРОВ РЫБОПРОМЫСЛОВЫХ СУДОВ.

3.1. Описание исследуемых редукторов рыбопромысловых судов.

3.1.1. Редуктор LS-2200 судов проекта 1332 типа "Баренцево море"

3.1.2. Редуктор MAV-90-30 судов проекта В-408 типа "И. Бочков"

3.1.3. Редуктор TKG2-0350 судов типа "Атлантик - 333"

3.1.4. Редуктор 10 AD-2xl400x3,27 типа "Атлантик - 488".

3.1.5. Редуктор "Киев" судов проекта 503 типа "Альпинист".

3.1.6. Редуктор LS2-3500 судов проекта 1386 типа "Горизонт".

3.2. Результаты исследования вибрации.

3.3. Результаты исследования технического состояния по продуктам износа в масле.

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

ГЛАВНЫХ РЕДУКТОРОВ РЫБОПРОМЫСЛОВЫХ СУДОВ.

4.1. Режим и объем контроля.

4.2. Требования к применяемой аппаратуре.

4.3. Критерии оценки технического состояния редуктора.

4.4. Периодичность и сроки проведения контрольных замеров.

4.5. Постановка редуктора на хранение.

4.6. Профилактические работы и контроль качества масла редуктора.

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ И ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ.

В развитии рыбопромышленной отрасли и обеспечении населения страны рыбной пищевой продукцией решающую роль играет промысловый флот.

Работа рыбной промышленности в условиях перехода к рыночной экономике остро поставила вопрос о снижении себестоимости рыбопродукции. С учетом низкой производительности труда на лове рыбы, обусловленной несовершенством его технологии, важнейшее значение приобретает снижение непроизводительных эксплуатационных затрат на содержание добывающего флота, большую часть которых составляют затраты на судоремонт. Кроме того, следует отметить тот факт, что флот рыбного хозяйства продолжает стареть. Общий физический износ промыслового флота составляет 51 %. Данные по возрастному составу основных групп промысловых судов приведены в таблице 1 [58].

Таблица 1

Возрастной состав промыслового флота

Группы судов Всего Возрастной состав, %

До 5 лет 6-10 лет 11-15 лет 16-20 лет Свыше 20 лет

Добывающие суда

Крупные и большие 323 6 17 14 32 31

Средние 726 6 18 29 19 28

Малые и маломерные 977 6 17 16 17 44

Специализированные 392 15 17 17 21 30

Итого 2418 8 17 20 20 35

Об] эабатывающие суда

Плавбазы и производственные рефрижераторы 45 6 15 2 - 64

Прочие суда, переведенные на прием и обработку рыбы 21 10 14 - 13 76

Итого 66 6 15 1 9 69

За пределами нормативных сроков службы находятся 31 % крупных и больших, 45 % средних и около 75 % малых и маломерных судов.

Количественная, качественная и возрастная структура добывающего флота Мурманской области представлена в таблице 2.

Таблица 2

Добывающий флот Мурманской области

Группы судов Кол-во судов Средний срок службы, лет Срок службы судов, лет

ДО 5 6-10 11-15 16-20 Свыше 20

Крупные суда 20 14,6 - 3 9 4 4

Большие суда, в т.ч. бврбоут-чартерные 36 1 19,8 13,0 - 1 1 13 22

Средние суда, в т.ч. бербоут-чартерные 205 27 17,2 18,9 13 5 27 1 49 4 34 3 82 14

Малые суда 19 12,5 - 9 2 4 4

Всего 280 17,0 13 39 61 55 112

Из приведенных данных видно, что 112 судов или 40 % добывающего флота Мурманской области имеют срок службы более 20 лет, т.е. превышен нормативный срок эксплуатации.

Эксплуатация старых судов требует увеличение объемов судоремонтных и модернизационных работ. Это сказывается на техническом состоянии флота, приводит к росту затрат на ремонт и удорожанию продукции.

Рассматривая вопросы диагностики судового оборудования, следует отметить, что кардинальным средством, обеспечивающим решение задачи поддержания надежного и эффективного функционирования флота, становится переход от традиционной системы его эксплуатации "по расписанию" к эксплуатации "по состоянию", обеспечивающей экономию трудовых, производственных и топливно-энергетических ресурсов.

Технология эксплуатации "по состоянию" предусматривает оптимизацию ремонтно-технического обслуживания оборудования и управления процессом его работы на основе данных о реальном техническом состоянии и характеристиках каждой конкретной единицы оборудования, а также данных об их изменении во времени.

В этих условиях вывод в ремонт и мероприятия по восстановлению технического состояния оборудования в процессе эксплуатации проводятся не в нормативно установленные сроки, а по мере необходимости.

Объективная оценка технологического состояния судового оборудования перед плановыми ремонтами позволяет снизить затраты на ремонт на 20-25 % их планового объема. Такой эффект достигается за счет исключения из объема ремонта ряда обязательных контрольных процедур, связанных с разборкой оборудования, на основании результатов его безразборной диагностики. Наибольшие демонтажно-монтажные затраты приходятся на элементы главных энергетических установок (ГЭУ) судов: главные двигатели, главные редукторы, валогенераторы, линии валов, поэтому разработка технологий технической диагностики элементов ГЭУ имеет важное прикладное значение.

Целью данной работы является разработка технологий безразборной технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов с использованием вибрационного канала информации и анализа продуктов износа в масле по методу рентгеновского флуоресцентного анализа.

Основные методы анализа сигналов вибрации машин и вибрационная диагностика трения и износа в зубчатых передачах и подшипниках рассмотрены в Главе 1. При этом за основу рассмотрения принят важный для экспериментальных исследований фактор необходимого числа синхронно контролируемых каналов измерений (одноканальные и многоканальные измерения). Особое место отводится методам, обеспечивающим получение результатов анализа при одноканальных измерениях, сравнимых по полноте и эффективности с результатами анализа на основе многоканальных измерений.

В последнее время большая часть исследований в области прикладной динамики машин в той или иной мере связана с анализом аномальной динамики машин, обусловленной воздействием на неё монтажных и эксплуатационных дефектов таких, как расцентровка агрегатов, увеличенные вследствие износа зазоры в кинематических парах, отклонения в режиме трения и т. д.

Дефекты, как правило, вносят существенную нелинейность в динамическую систему, поэтому современный этап изучения динамики машин характеризуется повышенным интересом к использованию новых методов теории динамических систем, как в теоретических, так и в экспериментальных исследованиях. Если в теоретических исследованиях на уровне анализа расчётных моделей при условии использования современной вычислительной техники применение этих методов достаточно отработано и не встречает значительных трудностей, то в экспериментальной практике в этом направлении сделаны лишь первые шаги, да и то на уровне лабораторного эксперимента с простейшими динамическими системами. В тоже время результаты теоретических исследований показывают, что динамическое поведение реальных машин может быть весьма сложным и характеризуется значительной нелинейностью в смысле влияния на характер динамического процесса малых изменений управляющего параметра, в качестве которого могут выступать параметры упругости, демпфирования, амплитуда и частота внешнего воздействия на систему. Одним из важнейших выводов теории следует признать тот факт, что даже при незначительных нелинейностях в системе детерминированное внешнее воздействие может порождать неустойчивое, случайное поведение в системе вплоть до тотальной хаотизации движения системы в реальном пространстве и в фазовом пространстве динамики. Очевидно, что такие выводы не могут игнорироваться при оценке реальной динамики машин, так как малые изменения управляющих параметров напрямую связаны с варьированием режимов работы машин и с неизбежными дефектами, возникающими как в процессе монтажа, так и входе эксплуатации машин. Указанные выводы теории находятся в согласии с реальным опытом испытаний и эксплуатации машин. Именно влиянием малых изменений управляющего параметра можно объяснить значительный разброс результатов контроля вибрации серии однотипных машин на испытательных стендах, стендах заводов изготовителей и ремонтных заводов, внезапные существенные изменения характера вибрации машин в процессе эксплуатации. В качестве малых изменений управляющего параметра можно рассматривать также развитие эксплуатационных дефектов машин во времени. Поэтому применение методов современной теории динамических систем при экспериментальном исследовании динамики машин имеет важное значение при решения основной задачи динамики, условная схема которой приведена на рис. 0.1.

Как видно из рисунка, основными процедурами при решении динамической проблемы применительно к машинам являются процедура идентификации машины в виде математической динамической модели, а также процедура обработки сигналов, получаемых с реальной машины, и аналогичных сигналов получаемых на выходе динамической модели и сравнение результатов обработки. Последнее обстоятельство наиболее важно, так как показывает, что модель машины, полученная только на основе применения процедуры идентификации, не может рассматриваться, как адекватная реальной машине, о чем свидетельствует прогноз существенного первоначального отличия модельного сигнала от реального. Априори считается, что эти отличия характера сигналов в основном связаны с монтажными и эксплуатационными дефектами, которые неизбежно присутствуют у реальной машины, но первоначально не учтены в модели. Целью сравнения результатов обработки сигналов является выработка рекомендаций по воз

МАШИНА

•V:

Й5-Л1

Реальный ■ сигнал вибрации ентйфй^ци?^)

МОДЕЛЬ МАШИНЫ

Расчётный сигнал вибрации

МОДЕЛИ 1 ДЕФЕКТОВ

Выработка рекомендаций по моделированию дефектов

Рис. 0.1, Условная схема основной задачи прикладной динамики машин можной комбинации дефектов, характерной для данного типа машин и разработка моделей этих дефектов с тем, чтобы все возможные варианты динамического поведения реальной машины могли бы получить адекватное отображение на уровне модели.

На рис. 0.1 частичным или полным заполнением выделены блоки решения задачи, относящиеся к экспериментальным исследованиям динамики машин.

Так как настоящая работа относится к области экспериментальной динамики машин, появляется возможность определить место работы в решении задачи анализа динамики машин. Основное внимание будет уделено исследованию вибрационной динамики реальных машин и разработке технологии технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов.

Современные методы анализа вибрационных процессов, применяемые при анализе динамики машин, можно условно разделить на две группы (рис. 0.2): аналоговые методы анализа вибрации, основанные на измерении абсолютных значений вибрационных параметров: вибросмещение, виброскорость, виброускорение в широких полосах частот и спектрально-корреляционном анализе сигналов с использованием аналоговых спектрометров и коррелометров; цифровые методы анализа вибрации, основанные на аппаратном преобразовании сигнала в цифровую форму с последующей обработкой по различным алгоритмам, из которых наиболее распространены быстрое преобразование Фурье (БПФ), кепстральный, взаимный спектральный и биспектральный анализ, фазовые оценки (карты задержки, карты "координата-скорость") процесса в широкой полосе частот. Указанные методы можно применять к анализу как стационарных, так и нестационарных сигналов.

Исторически первыми методами анализа сигналов вибрации являются аналоговые методы, однако наибольший прогресс в их развитии был с с

Нестационарные процессы 3

Стационарные процессы

Аналоговые методы N

Абсолютная виброметрия в широких полосах часто!

Спектрально-корреляци -онные методы, включая узкополосный анализ на анализаторах гетеродинного типа и аналоговых коррелометрах

Цифровые методы

БПФ Кепстр

Взаимный спектр

Биспектр

Фазовые оценки

Время-частот ный анализ с часготнонеза-висимыми ок-1 нами

Wavelet анализ

40-е годы

1965

1975

1985 -►

Время возникновения методов

Рис. 0.2. Методы анализа вибрационных процессов в исторической ретроспективе достигнут в начале этапа цифровых методов анализа и связан с разработкой в середине 60-х годов электронных вычислительных машин и алгоритмов быстрого преобразования Фурье, что сделало возможным реализацию таких требующих большого объёма вычислений методов, как взаимный спектральный анализ, биспектральный и кепстральный анализ. В настоящее время алгоритм быстрого преобразования Фурье составляет основу большей части анализирующей аппаратуры и применяемых методов анализа.

Фазовые оценки обычно рассматриваются лишь как оценки степени стационарности анализируемого сигнала, хотя их высокая чувствительность к изменению характера динамического процесса очевидна, что хорошо известно из опыта применения фазовых карт в теории динамических систем.

В главе 2 изложены современные представления трибологии о физических процессах протекающих в материале поверхностного слоя под действием трения, ведущих к его разрушению, рассмотрены основные характеристики и виды изнашивания. Проведен обзор форм проявления изнашивания, обращено внимание на тот факт, что в чистом виде каждый из отмеченных механизмов изнашивания практически не встречается, чаще всего преобладает ведущий механизм изнашивания и сопутствующие формы в зависимости от особенностей конструкции и условий работы узла трения.

Рассмотрено применение рентгеновских методов исследования. Рентгеновские методы исследования занимают ведущее место в изучении изнашивания, как по своим возможностям, так и по сложившейся практике применения. Особое внимание обращено на распространение для определения химического состава различных материалов рентгеноспектральный флуоресцентный анализ. Успешному внедрению этого метода в аналитическую практику способствовало развитие теоретических основ его и создание современной аппаратурной базы.

В настоящее время развитие способов рентгеноспектрального анализа в значительной мере определяется условиями его применения. Сравнение по таким критериям, как количество определяемых элементов и их концентрации, точность результатов, трудоемкость и продолжительность каждого определения, показывает, что рентгенофлуоресцентный анализ предпочтительнее, чем многие классические и современные методы. Преимуществом рентгенофлуоресцентного (РФА) анализа является также то, что рентгеновские спектры содержат сравнительно мало линий и их интерференция происходит значительно реже, чем при оптическом спектральном анализе. Имеется возможность анализа не только компактных и порошкообразных, но и жидких образцов.

К недостаткам метода можно отнести меньшую, по сравнению с оптическим, спектральным и атомно-абсорбционным методами анализа, чувствительность определения, но РФА наиболее информативен в диапазоне крупности частиц износа, характерном для трения в машинах.

Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ - один из наиболее распространенных и эффективных методов анализа самых разнообразных материалов.

Сделан вывод, что трибодиагностика (анализ продуктов износа в масле) является весьма информативным и признанным в мире методом контроля технического состояния узлов, подверженных износу и омываемых смазывающим маслом, а, по мнению ряда авиационных фирм, и предпочтительным. На наш взгляд, наибольший эффект применительно к контролю состояния главных редукторов рыбопромысловых судов достигается от совместного применения методов и средств трибо- и вибродиагностики.

В главе 3 рассмотрены особенности конструкций главных редукторов рыбопромысловых судов, изложены результаты исследования трения и износа по параметрам вибрации и результаты исследования технического состояния по продуктам износа в масле.

Объектами исследования являлись ГЭУ наиболее перспективных с экономической точки зрения проекты судов: 1332 типа "Баренцево море", В-408 типа "И. Бочков", типа "Атлантик-333", типа "Атлантик-488", "Горизонт", проекта 503 типа "Альпинист". Следует отметить, что работ, направленных на детальное исследование звуковой вибрации этих дизель-редукторных агрегатов (ДРА), ранее не проводилось.

Специальных технически обоснованных норм для оценки вибрации главных редукторов судов нет. В последнем издании "Правил классификации и постройки морских судов" морского Регистра судоходства России регламентированы предельно допустимые уровни вибрации судовых дизелей и главных турбозубчатых агрегатов (ГТЗА). В силу специфики разработки "Правил классификации и постройки морских судов" (в дальнейшем "Правил Регистра") ДРА, как отдельная группа агрегатов, в них не рассмотрены. Следуя букве "Правил Регистра", вибрацию ДРА следует нормировать по нормам вибрации для входящих в их состав дизелей. Данная работа единственная, где приводятся статистические материалы по контролю и нормированию вибрации судовых ДРА.

На первоначальном этапе был проведен общий анализ характерных особенностей вибрации судовых ДРА. Контролировалось виброускорение в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц на подшипниковых узлах валов главных редукторов. Обследование ГЭУ было комплексным, так как одновременно с вибрацией контролировались параметры работы цилиндров дизеля, крутильные колебания коленчатого вала дизеля, проводился анализ продуктов износа в масле, что позволило установить взаимосвязь между различными каналами диагностической информации.

На этапе отработки технологии диагностики вибрационное состояние элементов ГЭУ оценивалось на соответствие требованиям технической спецификации США NAVSEA TS. Н. 4730-0005, применяемой для оценки состояния судовых турборедукторных агрегатов. Сравнение с требованиями спецификации показало, что вибрация нормально функционирующих редукторов, входящих в состав ГЭУ рыбопромысловых судов не может быть причиной их усталостного разрушения. Таким образом, большинство отмеченных случаев аварийного разрушения деталей и узлов редукторов могут быть вызваны либо нарушениями условий их эксплуатации, либо дефектами монтажа

Предварительные выводы о характере виброактивности элементов ГЭУ определили требования к методике технической диагностике, которая должна быть направлена на выявление дефектов монтажа, последствий нарушения условий эксплуатации и естественного износа деталей и узлов элементов ГЭУ.

В целях повышения достоверности диагноза дополнительно предусмотрен анализ продуктов износа в масле главных редукторов и двигателей. Рентгеновский флуоресцентный анализ обеспечивает контроль содержания в масле примесей железа, хрома, меди, олова и свинца.

Анализ продуктов износа в маслах осуществляется на модернизированном анализаторе "БАРС-3".

Для обеспечения требований инструкции разработан анализатор вибрации на базе IBM PC, обеспечивающий как третьоктавный, так и узкополосный анализ вибрации.

Существенный экономический эффект от работ по технической диагностике привел к тому, что работы охотно заказываются судовладельцем. Многие из суда контролируются регулярно, поставлены на мониторинг технического состояния. Опыт диагностики позволяет сделать определенные выводы о надежности элементов ГЭУ.

В главе 4 разработана технология технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов, которая описывает: режим и объем контроля, требования к применяемой аппаратуре, критерии оценки технического состояния редуктора, периодичность и сроки проведения контрольных замеров, постановку редуктора на хранение и профилактические работы.

Принятая методика технической диагностики включает в себя контроль третьоктавных спектров виброускорения на опорах валов редуктора, сравнение их с выработанной статистической нормой и контроль спектра огибающей высокочастотной компоненты вибрации на подшипниках качения. В целях повышения достоверности диагноза дополнительно предусмотрен анализ продуктов износа в масле главных редукторов.

Разработана и принята Российским морским Регистром судоходства техническая инструкция 150-04.688-000 ИТ "Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле".

В главе 5 анализируются результаты использования технической инструкции 150-04.688-000 ИТ.

За период действия данной инструкции произведено диагностическое обследование ДРА 48 судов: 14 - проекта 1332 типа "Баренцево море", 7 -проекта "Атлантик - 333", 3 - проекта В - 408 типа "И. Бочков", 10 - проекта 503 типа "Альпинист", 3 - проекта 1386 типа "Горизонт", 2 - проекта "Атлантик - 488", 2 - проекта 394А, 7 - типа "И. Шаньков".

Использование методики на практике подтвердило, что большинство развивающихся в узлах машин дефектов начинают оказывать влияние на вибрацию за много месяцев до наступления предаварийной ситуации. Исключение составляют лишь некоторые из дефектов изготовления и дефекты, появляющихся в результате грубых нарушений правил эксплуатации машины.

Предложенная в диссертации технология технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов позволяет обнаруживать дефекты на ранней стадии развития, наблюдать и прогнозировать их развитие, планировать ремонт машины, т.е. перейти на обслуживание и ремонт машин по фактическому состоянию.

Основные итоги работы подведены в заключении, в котором, кроме того, намечены направления дальнейших исследований по расширению области применения предложенных технологий, повышения их эффективности.

В соответствии с достигнутыми целями исследования на защиту выносятся следующие удовлетворяющие научной новизне результаты:

• исследования звуковой вибрации главных редукторов судов основных серийных проектов (1332 типа "Баренцево море", "Атлантик - 333", В -408 типа "И. Бочков", 503 типа "Альпинист", 1386 типа "Горизонт", "Атлантик - 488", типа "И. Шаньков");

• доказана эффективность рентгеновского флуоресцентного анализа, обеспечивающего контроль содержания в масле примесей железа, меди, хрома, никеля, олова и свинца, в диагностике дефектов главных редукторов;

• разработаны критерии оценки технического состояния главных редукторов на основе контроля вибрации и анализа содержания продуктов износа в масле;

• разработана и внедрена в масштабе Северного бассейна техническая инструкция по безразборной диагностике главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и достоверность результатов исследований обеспечены постановкой задачи, базирующейся на экспериментальных и статистических данных по надежности исследуемых главных редукторов, опыте виброакустических исследований и рентгеновского флуоресцентного анализа в судостроении и машиностроении, а также безаварийной эксплуатацией главных редукторов рыбопромысловых судов в процессе мониторинга технического состояния и признанием специализированными органами Регистра результатов диагностического освидетельствования главных редукторов.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана и внедрена в масштабе Северного бассейна техническая инструкция безразборной диагностике главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле, обеспечившая существенное снижение эксплуатационных затрат на содержание рыбопромыслового флота.

Реализация работы. Разработана и принята Российским морским Регистром судоходства техническая инструкция 150-04.688-000 ИТ "Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле", результаты проведенных исследований внедрены в ООО "ДиаМАНТ" г. Мурманск, в ОАО "Мурманский траловый флот", на ряде малых рыбопромышленных предприятий, используются в учебном процессе Мурманского государственного технического университета.

Дальнейшие направления исследований могут быть связаны:

- с расширением круга машин, которые потенциально могут быть объектом применения разработанных методов анализа;

- с распространением требований технической инструкции на суда других типов. Так, в частности, на основе положительного опыта диагностики, накопленного нами на рыбопромысловым судах, было проведено и признана специализированными органами Регистра диагностическое освидетельствование главных редукторов атомного лихтеровоза "Севморпуть".

Основные результаты диссертационной работы нашли отражение в следующих публикациях:

1. Прыгунов, А.И. Технология комплексной технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов типа "И. Бочков" и "Моонзунд" / А.И. Прыгунов, А.А. Панкратов // Седьмая научно-техническая конференция МГТУ: Сб. тез. докл.: Мурманск, 15-20 апреля

1996 г.: В 2 ч. 4.1 / МГТУ. - Мурманск, 1996.-С. 21-22.

2. Прыгунов, А.И. Применение методов технической диагностики для оценки технического состояния главных редукторов рыбопромысловых судов / А.И. Прыгунов, А.А. Панкратов // Проблемы активизации научно-технической деятельности в эксклавном регионе России: Материалы второй областной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Калининградской области: Калининград, 4 июня 1996 г. / БГАРФ. -Калининград, 1996.-С. 26.

3. Прыгунов, А.И. Анализ продуктов износа в масле главных редукторов рыбопромысловых судов / А.И. Прыгунов, А.А. Панкратов, О.А. Никонов // Восьмая научно-техническая конференция МГТУ: Сб. тез. докл.: Мурманск, 14-30 апреля 1997 г.: В 3 ч. Ч.З / МГТУ. - Мурманск, 1997.-С. 51-52.

4. Панкратов, А.А. Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов / А.А. Панкратов // Первая Международная научно-техническая конференция "Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование": Сб. тез. докл.: Калининград, 1-3 июля

1997 г. / КГТУ. - Калининград, 1997. - С. 97.

5. Prygunov, A.I. Integrated system for technical diagnostics of the main reduction gears on board fishing vessels / A.I. Prygunov, A.A. Pankratov Abstracts of papers to be presented at the international conference "NORTHERN UNIVERSITIES" / MSTU. - Murmansk, 1997. - C. 80.

6. Прыгунов, А.И. Технология комплексной технической диагностики главных редукторов судов типа "И. Бочков" и "Моонзунд": Информ. листок № 100-97 / А.И. Прыгунов, А.А. Панкратов // Мурманский ЦНТИ, Мурманск: ЦНТИ, 1997.

7. Прыгунов, А.И. Решение проблемы технической диагностики подшипников качения разъединительных муфт на примере муфты "Меслу" / А.И.Прыгунов, А.А. Панкратов // Международная научно-практическая конференция, посвященная 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-летию высшего рыбохозяйственного образования в России: Сб. тез. докл.: Калининград, 17-19 ноября 1999 г.: В 4 ч. Ч.Ш / КГТУ. - Калининград, 1999. - С. 35-36.

8. Панкратов, А.А. Опыт оценки технического состояния главных редукторов рыбопромысловых судов путем анализа продуктов износа / А.А. Панкратов, Е.В. Переплетчикова // Международная научно-практическая конференция, посвященная 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-летию высшего рыбохозяйственного образования в России: Сб. тез. докл.: Калининград, 17-19 ноября 1999 г. :В 4 ч. Ч.Ш / КГТУ. - Калининград, 1999. - С. 24-25.

9. Прыгунов А.И. Виброметрия и виброакустическая диагностика главных энергетических установок рыбопромысловых судов / А.И. Прыгунов, А.А. Панкратов // Наука - производству: Ежемесячный научно-технический журнал. - М.-2000. - № 2(27). - С. 13-14.

10. Панкратов, А.А. Анализ эксплуатационных дефектов главных редукторов рыбопромысловых судов / А.А. Панкратов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции "Наука и образование-2003": Мурманск, 2-16 апреля 2003 г.: В 5 ч. Ч. 5 / Гос. ком. РФ по рыболовству: МГТУ. - Мурманск, 2003.-С. 18-19.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Впервые выполнены работы, направленные на детальное исследование звуковой вибрации главных редукторов судов проектов: 1332 типа "Баренцево море", "Атлантик - 333", В - 408 типа "И. Бочков", 503 типа "Альпинист", 1386 Типа "Горизонт", "Атлантик - 488", "И. Шаньков", что позволило:

- разработать нормы вибрации главных редукторов рыбопромысловых судов, получить достаточный для местного нормирования объём результатов контроля. Статистически обоснованные местные нормы вибрации редукторов разработаны с учётом рекомендаций по местному нормированию шума и вибрации машин в промышленности МКШС-71 и не превышают требований п. 9.3.2 Части 7 Правил классификации и постройки морских судов;

- выявить общие особенности вибрации судовых дизель-редукторных агрегатов;

- установить индивидуальные особенности вибрации, характерные для каждого проекта.

2. Исследования нормально функционирующих редукторов, входящих в состав ГЭУ рыбопромысловых судов показали, что вибрация не может быть причиной их усталостного разрушения. Таким образом, большинство отмеченных случаев аварийного разрушения деталей и узлов редукторов могут быть вызваны либо нарушениями условий их эксплуатации, либо дефектами монтажа.

3. Впервые разработаны критерии оценки технического состояния главных редукторов на основе анализа содержания продуктов износа в масле. Доказана эффективность рентгеновского флуоресцентного анализа, обеспечивающего контроль содержания в масле примесей железа, меди, хрома, никеля, олова и свинца.

4. Впервые определены требования к методике технической диагностике, которая должна быть направлена на выявление дефектов монтажа, последствий нарушения условий эксплуатации и естественного износа деталей и узлов элементов ГЭУ.

5. Разработана и внедрена техническая инструкция 150-04.688-000 ИТ "Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле", которая определяет режим и объем контроля, требования к применяемой аппаратуре, критерии оценки технического состояния с указанием норм вибрации и содержание в масле железа, меди и хрома, периодичность контроля, а также меры по консервации и контролю редукторов, не подвергаемых разборке в процессе ремонта.

6. Для обеспечения требований инструкции разработан и рекомендован к использованию вариант оригинального анализатора вибрации на базе IBM PC, обеспечивающий как третьоктавный, так и узкополосный анализ вибрации.

7. Выполнены исследования управляемых муфт рыбопромысловых судов проекта 1386 типа "Горизонт", проекта В-408 типа "Иван Бочков", содержащих подшипники качения и предназначенных для разъединения главного двигателя с гребным винтом и валогенераторами. Подробно рассмотрена проблема оценки остаточного ресурса и надежности работы главных энергетических установок этих судов. Использование результатов данных исследований на практике позволяет значительно повысить эксплуатационную надежность ГЭУ крупнотоннажных рыбопромысловых судов и исключить тяжелые аварии, связанные с разрушением подшипников разъединительных муфт.

Дальнейшие направления исследований могут быть связаны:

- с расширением круга машин, которые потенциально могут быть объектом применения разработанных методов анализа;

- с распространением требований технической инструкции на суда других типов.

1. Айрапетов Э. Л., Соколова А. Г., Хомяков Е. И. Виброакустическая диагностика выкрашивания и заедания зубчатых колес на ранней стадии // Точность и надежность механических систем. Стохастическая локализация врожденности. Рига, 1983. - С.68-76.

2. Алехиным В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. - 280с.

3. Алимарин И. П., Золотов К. А.- ЖАХ, 1975, т. 30, № 7, С. 1253-1256.

4. Анисович К.А., Буман А.И. Аппаратура и методы рентгеновского анализа. Л., Машиностроение, 1975, вып. 17.- С.87-90.

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физ-матгиз, 1963. -472с.

6. Балицкий Ф. Я. Метод оценки нелинейных колебательных характеристик деградирующих механических систем // Точность и надёжность механических систем. Стохастический анализ определяющих параметров. Рига: Риж. политехи, институт, 1987. - С. 55-62.

7. Баркова Н.А., Коверзнев С.М. Вибродиагностические признаки дефектов центробежных насосов // Точность и надежность механических систем: Сб. Статей / Рижский политехнический институт. Рига, 1985. С.65-71.

8. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. -М.: Мир, 1974. -467с.

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

10. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистском подходе к турбулентности. М.: Мир, 1991. - 366с.

11. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989. -448с.

12. Блохин М. А. Методы рентгеноспектральных исследований. М.: Физматгиз, 1959. - 126с.

13. Буше Н.А. Трение, износ и усталость в машинах. М.: Транспорт, 1987. - 223с.

14. Ван Каппелен К. Системы защиты и диагностики критического оборудования // Докл. и сообщ. 16-го Международного тематического семинара "Диагностика оборудования компрессорных станций" (сентябрь 1996г.) М., 1996. - С.34-42

15. Вибрации в технике: Справочник. М.: Машиностроение, 1981. Т.5: Измерения и испытания / Под ред. М.Д.Генкина. - 496с.

16. Вибрационная диагностика зарождающихся дефектов зубчатых механизмов / Э. JT. Айрапетов, Ф. Я. Балицкий, М. А. Иванова и др. // Техническая диагностика: Тезисы докладов на V Всесоюзном совещании. Суздаль, 1982. С. 11-13.

17. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования / А.А. Александров, А.В. Барков, Н.А. Баркова, В.А. Шафранский. JL: Судостроение, 1986. - 276с.

18. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов / Ф. Я. Балицкий, М. А. Иванова, А. Г. Соколова, Е. И. Хомяков. М., 1984. -120с.

19. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов / Ф.Я.Балицкий, М.А.Иванова, А.Г.Соколова, Е.И.Хомяков. М.: Наука, 1984. - 119с.

20. Гаркунов Д.Н, Крагельский И.В, Поляков А.А. Избирательный перенос в узлах трения. М.: Транспорт, 1969. - 104с.

21. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. - 327с.

22. Генкин М. Д., Соколова А. Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1987. - 288с.

23. Лосев Н. Ф. Количественный рентгеноспектральный флуоресцентный анализ. М.: Наука, 1969. - 336с.

24. Любарский И.М., Палатник Л.С. Металлофизика трения. М.: Металлургия, 1976. - 176с.

25. Маккленнан Дж. X., Редер Ч. М. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов. М.: Радио и связь, 1983. - 287с.

26. Мамиконян С.В. Аппаратура и методы рентгенофлуоресцентного радиометрического анализа. М., Атомиздат, 1976. 323с.

27. Машков Ю.К. Трибология конструкционных материалов. Омск: Ом-ГТУ, 1996. -299с.

28. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации / А.В. Барков, Н.А. Баркова, А.Ю. Азовцев.- С.-Петербург: VAST, Inc., 1997. -167с.

29. Основы трибологии / Под ред. А.В. Чичинадзе. М.: Наука и техника, 1995. 774с.

30. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. М.: Машиностроение, .1971. - 224с.

31. Панкратов А.А. Анализ эксплуатационных дефектов главных редукторов рыбопромысловых судов // Всероссийская научно-техническая конференция "Наука и образование 2003": Материалы Мурманск: МГТУ, 2003. - 4.5. - 115с.

32. Панкратов А.А. Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов // Первая Международной научно-техническая конференция "Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование": сб.тез.докл. Калининград: КГТУ, 1997. С.97.

33. Плотников Р.И., Пшеничный Г.А. Флуоресцентный рентгенорадио-метрический анализ. М., Атомиздат, 1973. 123с.

34. Правила классификации и постройки морских судов. Т.2. / Под ред. Шелкова Г.В. С.-Петербург: Российский Морской Регистр Судоходства, 1999. - 505с.

35. Прыгунов А. И. Метод оценки характера нелинейности механических колебаний в задачах диагностики // Новые методы и средства виброакустических исследований и диагностики / Под. ред. В. И. Попкова. -Л.: ЛДНТП, 1990. С.54 - 57.

36. Прыгунов А. И. Нелинейные эффекты в виброакустической диагностике электрических машин // Точность и надёжность механических систем. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1989. Вып. 15. - С.66-72.

37. Прыгунов А. И., Папуша А. Н. Вибрационная динамика машин и виброакустическая диагностика // Вестник МГТУ. 1998. - Т. 1. -№1. - С.21-27.

38. Прыгунов А.И., Панкратов А.А. Виброметрия и виброакустическая диагностика главных энергетических установок рыбопромысловых судов // Ежемесячный научно-технический журнал "Наука производству", №2(27), Москва, 2000. - С. 13-14.

39. Прыгунов А.И., Панкратов А.А. Технология комплексной технической диагностики главных редукторов судов типа "И. Бочков" и "Моозунд" II Мурманский ЦНТИ, информ. лист № 100-97, Мурманск, 1997.

40. Прыгунов А.И., Панкратов А.А., Никонов О.А. Анализ продуктов износа в масле главных редукторов рыбопромысловых судов // Восьмая науч. тех. конф. МГТУ: судовые энергетические установки:, сб. тез. докл. Мурманск, 1997,- Ч. 1. С.21 -22.

41. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металлов. М.: Машиностроение, 1982. - 212с.

42. Рыбное хозяйство России на рубеже веков / Я.М. Азизов, С.А. Студе-ницкий, Ю.А. Шпаченков // Госкомрыболовство России. М., 2000. -105с.

43. Смейл С. Топология и математика // Успехи математических наук. -1972. Т. 27. - №2. - С.78-133.

44. Ф.П. Боуден, Д. Тейбор. Трение и смазка. М.: Машгиз, I960.- 542с.

45. Харкевич А. А. Спектры и анализ. М.: Физматгиз, 1962. - 236с.

46. A.I. Prygunov, A.A. Pankratov Integrated system for technical diagnostics of the main reduction gears on boad fishing vessels // Abstracts of papers to be presented at the international conference "NORTHERN UNIVERSITIES":- Murmansk: MSTU, 1997. C.80.

47. Berry P.F., Furuta Т., Rhodes J. R.: Advan. X-Ray Anal. V. 12 (1969), P. 612, University of Denver, Plenum Press. New York.

48. Bingham C., Godfrey M. D., Tukey J. W. Modern techniques of power spectrum estimation // Trans. IEEE Audio and Electroacoustics. 1967. -V.15AU. - P. 312-323.

49. Blanquet P.: Minerals and Metals. Le Bureau de Recherches Geologiques et Miniers, Paris (1964).

50. Braun S., Feldman M. Time-frequency characteristics of non-linear systems // Mech. Sys. and Signal Proc. -1997. V. 11. - № 4. - P. 611-620.

51. Brindley G.W.: The effect of grain or particle size on x-ray reflections from mixed powders and alloys considered in relation to the quantitative determination of crystalline substances by x-ray methods. Phil. Mag. V. 36 (1945).-P. 347-359.

52. Claisse F., Samson C.: Heterogenity effects in x-ray analisis. Advan. X-ray Anal. 5 (1962). P. 335-354.

53. Dumecke G.: Eine empirische Methode zur Korrektur des Einflusses der Korngro bei der Rontgenfluoreszensanalyse von gepulverten Glasproben und anderen Einphasensy-stemen. X-Ray Spectrom. v. 10 (1981), № 1.

54. Fleischer G., Groges H., Thum H. Verscheiss und zukerlassiqkit. Veb Verlag Technik. Berlin, 1980. 244p.

55. Gardner R.P., Betel D., Verghese K.: X-ray fluorescence analises of heterogenous materials: effects of geometry and secondary fluorescence. International Journal of Applied Radiation and Isotopes 24 (1973). P. 134-146.

56. Hawthorne A. R., Gardner R.P.: A proposed model for particlesize effects in the x-ray fluorescence analisis of heterogeneous powders that includes incidence angle and non-random packing effects. X-Ray Spectrom. 7 (1978). P. 198-205.

57. Hunter C.B., Rhodes J. R.: Particle size effects in x-ray emission analisis: formulae for continuous size distributions. X-Ray Spectrom. V. 1 (1972). -P.107-117.

58. Jenkins I.R., De Vries J.I.: Practical x-ray spectrometry, 2. Aufl. London. Macmillan 1972.

59. Lubecki A., Holinska В., Wasilewska M: Grain size effect in non-dispersive x-ray fluorescence analisis. Spectrochem. Acta v. 23B (1968). -P.465-479.

60. Rhodes J.R., Hunter C.B. Particle size effects in x-ray emission analisis: Simplified formulae for certain practical cases. X-Ray Spectrom. v. 1 (1972). -P.113-117.

61. Schafer K.: Atomfaktorbestimmungen im Gebiet anomaler Dispersion II, Z. Physik 86 (1933). P.738-759.

62. Schwabe M.J. Machinery vibration analysis as a planning tool for ships in a five-year maintenance lifecycle // Naval Engineers Journal. 1980. - V. 92. -№ 1. - P.51-61.

63. Shiraiwa Т., Fujino N. Japan J. Appl. Phys., 1966, № 5,- P. 886-899.

64. The Application of Vibration Measurement and Analysis in Machine Maintenance Bruel & Kjaer В A 7003 12. 1982.

65. Thessen P.A., Meyer K., Heincke G. Grundlagen der Tribochemie. Berlin: Akademie - Verlag, 1967. - 472c.

66. Weber К.: Eine vereinfachte Formulierung des KorngroBeneifliisses. X-ray Spectrom. 5(1976). P. 107-1 17.

67. Winograd S. On computing the discrete Fourier transform // Math. Сотр. 1978 V. 32. - P. 175-199.

68. Cempel C. Diagnostically oriented measures of vibroacoustical process // J. of Saund and Vibr. 1980. - V. 73. - №4. - P.547-561.

69. Cooley J. W., Tukey J. W. An algorithm for the machine computation of complex Fourier series // Math. Сотр. 1965. - V. 19. P.297-301.

70. ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ1. ДиаМАНТ "

71. УТВЕРЖДАЮ £ктор ООО "ДиаМАНТ"о X1. А.В. Терехов1. V С; ,}1.Щли^с/'Ь^ 1998г1. J1 /У

72. БЕЗРАЗБОРНАЯ ДИАГНОСТИКА ГЛАВНЫХ РЕДУКТОРОВ РЫБОПРОМЫСЛОВЫХ СУДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ АНАЛИЗА ВИБРАЦИИ И ПРОДУКТОВ ИЗНОСА В СМАЗОЧНОМ МАСЛЕ

73. ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ 150-04. 688-000 ИТ1. РУКОВОДИТЕЛЬ ТЕМЫ:

74. Канд. техн. наук, проф. МГТУ1. Прыгунов А.И.

75. ИСПОЛНИТЕЛИ ТЕМЫ: Доцент МГТУ4 :• х—v-t-г.;;. .'.I '( г •1 •' .'- ГИ * 12*