CC BY
8
УДК 621.822.61
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-200-201
МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОЛЕСНО-СТУПИЧНЫХ УЗЛОВ
НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ТЕРМОГРАММ
А.Б. Абанин
Рассмотрены этапы и последовательность разработки методики контроля технического состояния колесно-ступичных узлов военной автомобильной техники на основе анализа термограмм, приведен пример алгоритма контроля технического состояния колесно-ступичных узлов. В методике используются способы оценки температурного состояния узлов по критерию разности температуры и критерию максимальной температуры.
Ключевые слова: военная автомобильная техника, контроль технического состояния, колесно-ступичный узел, анализ термограмм, термография.
Контроль технического состояния (далее - КТС) подшипников качения имеет решающее значение для обеспечения надежности образцов военной автомобильной техники (далее - ВАТ), а также для эффективности их использования. Регулярный мониторинг и КТС подшипников качения позволяют предотвратить аварийные ситуации и сократить затраты на ремонт ВАТ.
В данной статье КТС подшипников качения будет рассмотрен на примере колесно-ступичного узла (далее - КСУ) армейских автомобилей многоцелевого назначения семейства «Мустанг» - КамАЗ-4350, КамАЗ-5350, КамАЗ-6350 и их шасси.
Проведя анализ работ [1, 2, 3, 4, 5] можно утверждать, что, если подшипники качения эксплуатируются правильно, они исправно проработают весь рассчитанный срок усталостной долговечности. Тем не менее, очень часто подшипники выходят из строя преждевременно из-за ошибок, которых можно было бы избежать [2]. Такие преждевременные отказы подшипников возникают вследствие неправильной установки, эксплуатации или способа смазки подшипника, попадания инородных тел или возникновения аномальных температур (рис. 1). Все эти факторы оказывают негативное влияние на усталостную долговечность подшипника [1].
Неправильный
Усталость ^^ ^^^ монтаж
34% 16%%
Неправильное
Загрязнение^^ смазывание
14% 36%
Рис. 1. Основные причины преждевременного выхода подшипников из строя
Эффективный контроль технического состояния подшипников качения может позволить выявлять отказы на ранней стадии.
Энергетические потери в подшипниковых узлах различных конструкций складываются в основном из потерь на трение, возникающих вследствие проскальзывания в местах контакта тел качения с кольцами и сепаратором, несовершенной упругости материала тел качения и колец, а также механических потерь в смазке. Переходя в теплоту, эти потери вызывают повышение температуры подшипниковых узлов, что подтверждает гипотезу о зависимости температуры узлов от эксплуатационных факторов и их технического состояния [6].
ГОСТ Р ИСО 18434-1-2013 «Контроль состояния и диагностика машин. Термография» определяет инфракрасную термографию как способ контроля состояния и диагностирования машин, технологию обнаружения и фиксации граничных режимов смазки, нарушений сопряжения деталей, износа в узлах трения [7]. Преимущества инфракрасной термографии заключаются в возможности бесконтактного автоматического контроля, мгновенного измерения температуры и фиксации температурных полей.
Инфракрасная термография основывается на измерениях пространственного распределения излучения тепловой энергии поверхностью контролируемого объекта и преобразовании результатов измерений в изображение (карту) теплового поля, называемое термограммой (рис. 2, справа). Указанные измерения выполняют с помощью прибора, называемого тепловизором (рис. 2, слева).
Разработка методики КТС КСУ на основе анализа термограмм является актуальной задачей, поскольку такая методика может позволить определить состояние подшипников, смазочного материала и уплотнения без необходимости демонтажа КСУ, с целью повышения эффективности КТС образцов ВАТ. Для разработки методики необходимо рассмотреть следующие этапы:
разработка модели КСУ; сбор и анализ данных; разработка алгоритма анализа данных; тестирование методики; уточнение методики.
Рис. 2. Слева - Тепловизор Seek Thermal Shot; справа - термограмма колесно-ступичного узла переднего моста КамАЗ-5350
Результаты анализа повреждений подшипников качения и теоретического исследования КСУ [6], позволяют представить пример алгоритма КТС КСУ на основе анализа термограмм КСУ (рис. 3).
Рис. 3. Алгоритм КТС КСУ на основе анализа термограмм
201
Подсистема сбора информации может состоять из различных элементов и учитывать множество информационных параметров, таких как: условия работы образца ВАТ, условия проведения термографического исследования, информация об образце ВАТ, сведения о средствах измерения и т.д. Подсистема может быть реализована в системах мониторинга или программах КТС вооружения и военной техники, подсистема сбора информации в статье не рассматривается.
После получение термограмм КСУ и идентификации образца ВАТ необходимо оценить условия проведения термографического обследования и качество термограмм.
Если образец ВАТ идентифицирован, условия для проведения термографического обследования и качество термограмм удовлетворительны, то необходимо приступить к оценке температурного состояния колесно-ступичных узлов (рис. 4).
Оценка температурного состояния КСУ проводится по двух критериям: критерию разности температуры и критерию максимальной температуры [7].
Рис. 4. Пример оценки температурного состояния КСУ КамАЗ-5350
При оценке температурного состояния КСУ по критерию разности температуры проводится сравнение с базовой линией температур КСУ. Оценка температурного состояния КСУ на данном этапе алгоритма основана на наличии определенной степени превышения температуры по сравнению с некоторым заранее заданным значением температуры КСУ, с учетом температуры окружающей среды.
При оценке температурного состояния КСУ по критерию максимальной температуры необходимо определить наиболее высокие значения температуры на термограммах КСУ. Критерий максимальной температуры целесообразно рассчитывать на основе модели КСУ [6].
Критерий разности температур и критерий максимальной температуры являются важными компонентами анализа термограмм в термографии. Они помогают выделить и идентифицировать потенциальные проблемы или дефекты на основе изменений температуры в объекте.
Далее на основе оценки температурного состояния КСУ необходимо определить техническое состояние каждого КСУ образца ВАТ, а именно:
определить интервал до следующего обследования;
интерпретировать изображения;
при наличии аномалий идентифицировать неисправности КСУ или осуществить сбор сведений о температурном состоянии КСУ.
Интервалы между обследованиями должны быть установлены с учетом скорости развития ожидаемой неисправности и скорости изменения температуры как признака этой неисправности. Определение интервалов между обследованиями важно для обеспечения необходимой точности прогноза [7].
Следующим этапом алгоритма КТС КСУ на основе анализа термограмм является процедура принятия решения по результатам контроля. Итогом процедуры может стать решение об отсутствии мер, промежуточных мерах или рекомендациях по техническому обслуживанию.
202
На завершающем этапе разработанного алгоритма необходимо выполнить ввод данных в систему технического обслуживания и осуществить сбор информации для последующего анализа термограмм КСУ.
С целью повышения эффективности алгоритма и методики в целом необходимо проводить их постоянный анализ и улучшение. Для этого можно использовать методы машинного обучения и анализа данных.
Использование разработанной методики КТС КСУ на основе анализа термограмм имеет ряд преимуществ. Во-первых, разработанная методика позволяет определять состояние КСУ образца ВАТ без необходимости его демонтажа и разборки, что сокращает время, необходимое на проведение КТС. Во-вторых, обеспечивает рассмотрение всей картины теплового излучения КСУ, что позволяет своевременно обнаруживать неисправности на раннем этапе развития. В-третьих, методика универсальна и может быть применена к другим агрегатам и узлам ВАТ после разработки соответствующих моделей, также имеется возможность доведения методики до программной реализации [8], что позволит повысить эффективность КТС ВАТ.
Список литературы
1. Подшипники качения компании NSK: Справочник - каталог № E1102k. 2019. 557 с.
2. SKF: Основные причины преждевременного выхода подшипников из строя [Электронный ресурс] URL: https://bergab.ru/skf.shtml (дата обращения: 29.08.2022).
3. Комиссар А.Г. Опоры качения в тяжелых режимах эксплуатации: Справочник. М.: Машиностроение, 1987. 384 с.
4. Подшипники качения ZKL (FAG): Справочник - каталог. Брно, Чешская республика: Ideal, 2012. 226 с.
5. Перель Л.Я. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуж. опор: Справочник / Л.Я. Перель, А.А. Филатов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 606 с.
6. Абанин А.Б. Аналитическая модель колесно-ступичного узла // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 4. С. 313-317.
7. ГОСТ Р ИСО 18434-1-2013. Контроль состояния и диагностика машин. Термография. М.: Стандартинформ, 2014. 22 с.
8. Абанин А.Б. Программа контроля технического состояния колесно-ступичных узлов военной автомобильной техники на основе анализа термограмм. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023662533 от 8 июня 2023.
Абанин Антон Борисович, аспирант, 79643606575@ya.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия материально-технического обеспечения
METHODOLOGY FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF WHEEL-HUB ASSEMBLIES
BASED ON THE ANALYSIS OF THERMOGRAMS
A.B. Abanin
The stages and sequence of the development of methods for monitoring the technical condition of military automotive components based on the analysis of thermograms of nodes are considered, an example of an algorithm for monitoring the technical condition of wheel-hub assemblies is given. The methodology uses methods for assessing the temperature state of nodes by the criterion of temperature difference and the criterion of maximum temperature.
Key words: military automotive equipment, technical condition control, wheel-hub assembly, thermo-gram analysis, thermography.
Abanin Anton Borisovich, postgraduate, 79643606575@ya. ru, Russia, Saint Petersburg, Military academy of logistics
