CC BY
48
дом АКОР, являются приближенными, так как получены при рассмотрении каналов управления изолированно от других каналов и при введении ряда допущений. Приближенные значения приняты в качестве начальных значений при оптимизации.
Из анализа графиков на рис. 6 видно, что квадрокоптер при заданных начальных условиях достиг цели с остановкой за 50 с.
Список литературы
1. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высшая школа, 2003. 264 с.
2. Разоренов Г.Н., Бахрамов Э.А., Титов Ю.Ф. Системы управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 2003. 583 с.
D.V. Sitnikov, Y.A. Burian, G.S. Russkih
MOTION CONTROL SYSTEM OFMULTICOPTER
The principle of synthesis of multicopter control systems consisting of two subsystems: motion control system of center of mass and angular stabilization system. The control system is implemented on the basis of the microcontroller, whose mission is to provide a multicopter movement for a given route and control the stabilization of the apparatus in the air in a horizontal or in a specified angular position by applying control signals to engines.
Key words: multicopter, quadrocopter, UAV, the autopilot, motion control system, angular stabilization.
Получено 08.09.2012
УДК 620.179.1.082.7:658.58
К.В. Подмастерьев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4862) 41-98-03, [email protected] (Россия, Орел, Госуниверситет-УНПК)
СОСТОЯНИЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА УЗЛОВ ТРЕНИЯ
Представлены результаты анализа состояния и направлений развития электрических методов трибомониторинга; установлены задачи, эффективно решаемые этими методами; приведено описание разработанных творческим коллективом кафедры приборостроения, метрологии и сертификации Госуниверситета - УНПК средств контроля и диагностирования узлов трения.
Ключевые слова: контроль, диагностика, мониторинг, электрические методы и средства, узлы трения
Введение
При проведении трибологических исследований, испытаний, диагностики, контроля и прогнозирования технического состояния узлов трения возникает необходимость в количественной оценке ряда факторов
221
и параметров, в проведении трибомониторинга. Трибомониторинг охватывает комплекс разноплановых задач, которые условно подразделяются на трибометрию и трибодиагностику [1]. Трибометрия включает измерение параметров отдельного фрикционного контакта, характеризующих качество поверхностей трения, температуру, силу трения, износ, контурную и фактическую площади контакта, контактную деформацию, толщину разделяющей поверхности смазочной пленки и т.п. Трибодиагностика включает комплекс методов и средств получения количественной информации о состоянии объекта, качестве рабочих поверхностей его деталей, степени их износа, состоянии смазочного материала и т.п., необходимой для контроля, прогнозирования, поиска дефектов, регулирования отдельных узлов трения и машин и механизмов в целом.
Процессы и явления в зонах трения, определяющие, по сути дела, фактическое состояние объекта, носят сложный характер, поэтому получить достоверную количественную оценку состояния фрикционного контакта, а тем более узла трения в целом является сложной задачей. Это обуславливает разработку большого количества основанных на различных физических принципах и способах реализации методов диагностирования.
Анализ динамики патентования в области трибомониторинга за период 2000 - 2011 гг. (рис.1) подтверждает сказанное, при этом видно, что наиболее интенсивно развивающимися методами наряду с традиционными механическими методами, основанными на измерении момента или силы трения (53 % технических решений), и вибрационными (25 %) являются электрические методы (30 %). Принимая во внимание, что тепловые методы (13 % технических решений), как правило, реализуются путем оценки температуры электрическим методом, весомость электрических методов трибомониторинга существенно возрастает.
В направлении развития электрических методов трибомониторинга работает целый ряд ученых и творческих коллективов, среди которых коллектив кафедры приборостроения, метрологии и сертификации Госуниверситета - УНПК (ранее - Орловский государственный технический университет). Работы ведутся на протяжении более двадцати лет по следующим направлениям: поиск новых принципов выделения информации о состоянии трибосопряжения и его триботехнических характеристиках, приводящий к синтезу новых диагностических признаков; совершенствование используемых принципов диагностирования, приводящее к синтезу новых диагностических параметров; разработка новых способов диагностирования с использованием известных диагностических признаков и параметров; разработка комплексных методов диагностирования, основанных на совместном использовании различных диагностических признаков и параметров; усовершенствование технических средств диагностирования.
222
а
2
р ю-
I 51
О'
Рис. 7. Динамика патентования по проблеме методов и средств трибомониторинга (а) и используемым физическим принципам - видам диагностических признаков (б): 1 -механические; 2 - электрические; 3 - вибрационные;
4 - тепловые; 5 - акустической эмиссии; 6 - фотометрические и спектрометрические; 7 - ультразвуковые; 8 - шумовые;
9 - кинематические
В настоящей статье представлены результаты анализа задач, эффективно решаемых электрическими методами трибомониторинга, и созданного коллективом кафедры приборного обеспечения этих методов.
Сущность электрических методов трибомониторинга заключается в оценке состояния триботехнической системы по значениям электрических величин - диагностических признаков, значения которых определяются характером протекающих в зонах трения процессов и соответственно техническим состоянием системы. При реализации электрических методов объект контроля непосредственно подключается к электронному средству диагностирования, определяющему требуемые в соответствии с решаемой задачей величины ЭДС (генераторные методы) или сопротивление, проводимость, емкость, диэлектрическую проницаемость и т.п. (электропараметрические методы). При этом информация о состоянии объекта поступает непосредственно из зон трения его деталей в форме электрического сигнала, параметры которого в зависимости от состояния пары трения могут изменяться на несколько порядков.
Интенсивное развитие этих методов обусловлено их неоспоримыми преимуществами: универсальность (возможность решения различных задач трибометрии и трибодиагностики, задач контроля и прогнозирования отдельных элементов трибосопряжения и узлов трения в целом); безынер-цпонность по отношению к процессу трения; простота реализации (не требуются специальные преобразователи, электронное средство диагностирования подключается непосредственно к трущимся деталям); простота формирования и обработки сигначов измерительной информации (электрический сигнал о состоянии объекта контроля поступает непосредственно из зон трения его деталей, легко преобразуется, оценивается и об-
223
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 год опубликоважя
£55/ аГ 50'
£-•
г30 ^20
£15 2
1 д Я ^ о Эг
2 3 4 5 6 7 Обозначение метода
рабатывается с помощью типовых электронных цепей, универсальных электроизмерительных приборов и систем).
Область эффективного применения электрических методов трибомониторинга охватывает широкий круг задач, связанных с диагностированием трибосистем и определением режима трения в них, оценкой триботехнических характеристик материалов и смазочных сред.
Задачи диагностирования трибосистем:
- диагностирование фрикционного контакта (определение нагрузки перехода от упругого вида контактного взаимодействия поверхностей трения к пластическому, оценка параметров пятна контакта, определение температуры контактного взаимодействия при трении, оценка мгновенных значений температуры в зоне трения, определение энтропии процессов трения и изнашивания);
- диагностирование опор скольжения и качения (комплексная оценка состояния опор или подшипников скольжения и качения, раздельное диагностирование поверхностей деталей подшипников качения с выявлением вида и оценкой параметров локальных дефектов и макроотклонений, оценка шероховатости рабочих поверхностей деталей подшипников, оценка колебаний толщины смазочной пленки в работающем подшипнике);
- диагностирование зубчатых передач (комплексная оценка технического состояния зубчатой передачи и оценка степени ее износа);
- диагностирование тормозных устройств (оценка степени и интенсивности изнашивания фрикционных накладок тормозных устройств);
- диагностирование режущего инструмента (исследование процессов непрерывного и прерывистого резания, измерение износа режущего инструмента, оценка температуры контактного взаимодействия при резании).
Задачи определения режима трения в трибосистеме:
- определение режима и трения и вида смазки (оценка режима трения в трибосистеме, определение устойчивости режима трения, определение нарушения жидкостного режима трения);
- определение процесса технологической обкатки и приработки трибосистемы (испытания на прирабатываемость трущихся образцов, оценка времени приработки трибосистемы).
Задачи оценки триботехнических характеристик материалов и смазочных сред:
- оценка свойств трибосистемы в режиме избирательного переноса (изучение явления избирательного переноса при трении, оценка изменения свойств смазочных материалов, подбор триботехнических материалов, управление изнашиванием);
- оценка триботехнических свойств смазочных материалов (определение и тарирование толщины смазочного слоя, сравнение несущей спо-
собности различных смазочных материалов (в статическом и динамическом режимах), оценка смазочной способности масел и граничных смазочных пленок, определение противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств присадок к маслам, оценка степени загрязненности смазочных материалов);
- оценка триботехнических свойств материалов деталей трибоси-стемы (исследование триботехнических свойств многослойных материалов - материалов с покрытиями, оценка фрикционной термостойкости материалов, определение задиростойкости материалов, исследование процесса распространения трещин в токопроводящих образцах, оценка интенсивности изнашивания материалов, сравнительные испытания износостойкости двух сопряженных материалов при трении, прогнозирование скорости развития локальных дефектов на поверхностях материалов).
- обоснование режимов работы и экспресс-контроль систем с малым расходом смазочного материала (определение оптимального количества смазочного материала контроль работоспособности системы смазывания).
Инструментальное обеспечение электрических методов
Общие принципы построения средств диагностирования
В зависимости от решаемых диагностических задач необходимы электронные средства с различными функциональными возможностями и техническими характеристиками. При этом очевидно, что в каждом случае целесообразно использовать средства, обеспечивающие решение поставленной задачи с минимальными экономическими затратами. Этим объясняется необходимость в разработке и использовании большой номенклатуры электронных средств диагностирования.
С учетом специфики назначения, предъявляемых требований и соответственно сложности и стоимости разрабатываемые электронные средства диагностирования мы условно подразделяем на следующие группы:
- средства, предназначенные для комплексных трибологических исследований и испытаний;
- средства, предназначенные для трибодиагностики и испытаний объектов в лабораторных условиях;
- средства, предназначенные для экспресс-диагностики и испытаний трибообъектов в производственных условиях;
- средства, предназначенные для непрерывного контроля и мониторинга объектов при эксплуатации с целью предотвращения их аварийных отказов.
Основные требования к средствам первой группы - универсальность, полнота диагностирования, возможность совместной оценки ряда диагностических признаков и параметров, реализации различных алгоритмов получения и обработки данных, произвольно выбираемых экспери-
ментатором. Такие средства являются наиболее сложными и дорогостоящими, выполняются в виде свободно программируемых диагностических комплексов и систем, базирующихся на ЭВМ и обеспечивающих сбор, хранение и обработку информации, определение ряда статистических характеристик и оценок диагностических признаков и параметров.
Ко второй группе относятся средства для решения прикладных производственных задач трибодиагностики и испытаний объектов в лабораторных условиях, предполагающих проведение, например, длительного трибомониторинга состояния объекта. Указанные средства обеспечивают возможность реализации более ограниченного спектра алгоритмов диагностирования с использованием ограниченного числа параметров.
К третьей группе относятся средства решения различных задач диагностирования и контроля состояния трибообъектов при изготовлении, техническом обслуживании и ремонте машин и механизмов непосредственно в производственных или полевых условиях. Основные требования -возможность эксплуатации в производственных условиях, надежность, портативность (для проведения экспресс-контроля), простота, сравнительно невысокая стоимость. Выполняются в качестве внешних средств.
Особую группу составляют средства диагностирования, осуществляющие непрерывный контроль состояния трибообъектов (трибомонито-ринг) при эксплуатации объектов с целью предотвращения их аварийных отказов (четвертая группа). Они включают в себя устройства сигнализации и автоматического отключения объекта, а конструктивно выполняются в качестве встроенных средств диагностирования. Отказ объекта порой происходит достаточно быстро, что обуславливают необходимость использования средств непрерывного контроля, реализующих условные алгоритмы, адаптируемые к фактическому состоянию объекта. В этом случае выбор порядка выполнения элементарных проверок, рациональных диагностических параметров, режимов их измерения и алгоритмов обработки информации устанавливается в процессе диагностирования в зависимости от состояния объекта.
Отметим, что в рамках решения различных диагностических задач творческим коллективом кафедры разработан комплекс средств диагностирования различных групп.
Средства комплексных трибологических исследований и испытаний
К числу разработанных средств данной группы, предназначенных в основном для проведения научных исследований, относятся универсальный диагностический комплекс для трибологических исследований КДТ-1 и автоматизированная система сбора и анализа данных при трибомонито-ринге САДТ-1 (рис. 2).
Рис. 2. Комплекс диагностический для трибологических исследований КДТ-1 (а) и система сбора и анализа данных при трибомониторинге САДТ-1(б)
Комплекс КДТ-1 [2] обеспечивает оценку состояния трибосопряже-ния по ряду диагностических параметров, при этом наряду с электрорези-стивными методами реализуется генераторный метод. Оцениваются статистические моменты закона распределения сопротивления и ЭДС (среднее, среднее квадратическое и среднее степенное значения, асимметрия, эксцесс), строятся гистограммы, полигоны распределения, кумулятивные кривые, проводится спектральный анализ, программно определяются параметры микроконтактирования (НИВ, средняя частота и средняя длительность микроконтактирований). Для реализации алгоритмов поиска дефектов и оценки параметров отклонений макрогеометрии рабочих поверхностей трибосопряжений предусмотрена возможность обработки информации с учетом взаимного расположения деталей - введены каналы измерения частот вращения двух деталей, определения их взаимного положения. Имеется канал измерения и контроля температуры.
Основные технические характеристики КДТ-1: диапазон измерения Я от 1 до 105 Ом (три поддиапазона); значение напряжения на объекте 100 мВ; диапазон измерения ЭДС от 50 •Ю-6 до 10-1 В (два поддиапазона); верхний предел частотного диапазона измерения Я и ЭДС 100 кГц; диапазон измерения частоты от 100 до 10000 мин -1; диапазон измерения температуры от 0 до 150 оС.
Автоматизированная системы сбора и анализа данных при трибомониторинге САДТ-1 имеет иную структуру и элементную базу, что позволило существенно расширить функциональные и сервисные возможности, улучшить метрологические характеристики [3]. Наряду с реализацией различных законов усреднения сопротивления и ЭДС и определением их статистических и спектральных оценок рассчитываются моменты закона распределения длительностей микроконтактирований, обеспечивается регистрация флуктуаций сопротивления в едином диапазоне (от 1 до 105 Ом), расширяется диапазон измерения частоты (от 2 до 104 мин-1), обеспечивается возможность исследования тепловых полей (10 температурных каналов).
Средства диагностики и испытаний объектов в лабораторных условиях
Для решения комплекса задач трибомониторинга состояния объектов при реализации различных алгоритмов их испытаний, исследований и диагностирования в случае необходимости оценки, регистрации различных диагностических параметров и сигналов в лабораторных и цеховых условиях с последующей их обработкой по произвольным алгоритмам предлагается модульный принцип построения диагностических комплексов. В основу такого подхода закладывается использование отдельных конструктивных модулей - преобразователей, обеспечивающих в совокупности возможность построения различных по конфигурации и функциональным возможностям компактных диагностических комплексов с выводом информации на персональный компьютер (ПК).
В качестве базового элемента таких комплексов разработан аналого-цифровой преобразователь USB АЦП-1,0 (рис. 3) [4], который осуществляет реализацию специальных методов обработки диагностической информации [4]. Данное устройство предназначено для преобразования одного или двух непрерывных электрических сигналов, представления сигналов на дисплее ПК, обработки данных и сохранения результатов преобразования в файл, пригодный для дальнейшей обработки. Конструктивно преобразователь представляет собой внешнее USB-устройство.
Рис. 3. Внешний вид преобразователя USB АЦП-1,0: а - передняя панель; б - задняя панель
Преобразователь позволяет автоматизировать следующие процессы: синхронный сбор информации по двум каналам; построение диаграмм изменения входных сигналов в реальном масштабе времени; частичную статистическую обработку с определением средних и средних квадратиче-ских значений входных сигналов за выбранный интервал времени усреднения; индикацию времени сбора информации и объема принятых данных; сохранение результатов в файл.
Основные технические характеристики: количество разрядов не менее 12; приведенная погрешность преобразования не более 0,15 %; значе-
ние входного сопротивления не менее 2,56 кОм; частота дискретизации сигналов от 3773,58 до 111111,11 Гц.
Применение преобразователя в совокупности с аналоговыми преобразователями сопротивления, емкости, ЭДС и т.п. в электрическое напряжение позволяет строить на его основе различные диагностические комплексы и системы, реализующие как электропараметрические, так и генераторные методы диагностирования. Разработан комплекс соответствующих аналоговых преобразователей различных диагностических признаков. В качестве примера на рис. 4 представлен преобразователь сопротивления, обеспечивающий возможность анализа электрического сопротивления объекта на фоне значительных ЭДС, возникающих в нем непосредственно и от дополнительных внешних наводок [3].
Выделение составляющей напряжения, пропорциональной сопротивлению подшипника, основано на принципе раздельной во времени (с высокой частотой) записи сигнала при подключенном источнике тока и без него. При этом сначала регистрируется сигнал, содержащий в себе шумовые (термо- и трибоЭДС) составляющие и полезный сигнал. Затем регистрируется только шумовая составляющая. Значения результатов измерения запоминаются и затем вычитаются. Измерения с высокой частотой циклически повторяются. Таким образом, формируется сигнал, пропорциональный электрическому сопротивлению объекта, и сигнал, несущий информацию об общем уровне электрических шумов.
Метрологическая аттестация макета преобразователя (рис. 4) показала его устойчивую работу в диапазоне преобразования сопротивлений от 0,041 до 1 МОм в частотном диапазоне до 25 кГц. Также разработана версия модуля для высокочастотных измерений сопротивления (до 2 МГц) с аналогичным принципом компенсации погрешности от собственных и внешних ЭДС.
Рис. 4. Аналоговый преобразователь сопротивления: 1 - коммутируемый источник тока 1мкА; 2 - шунтирующий резистор; 3 - повторитель напряжения; 4 - генератортактовых импульсов; 5,6 - УВХ; 7 - дифференциальный усилитель; 8 - нормирующий усилитель; 9,10 - ФНЧ;11 - система сбора данных М9001 Lab VIEW
Средства, предназначенные для экспресс-диагностики и испытаний узлов трения в производственных условиях
Измеритель параметров электрического микроконтактирования ИПЭК-1 является универсальным средством трибомониторинга различных объектов, работающих в режиме смешанной (полужидкостной) смазки (наиболее распространенных режим смазки узлов трения). Конструктивно выполнен в переносном исполнении (рис. 5,а) с автономным источником питания, что позволяет проводить эффективную экспресс-диагностику машин и механизмов в цеховых и полевых условиях [4] . Для более детального исследования объектов контроля предусмотрена возможность передачи измерительной информации на ПК по COM или USB портам.
Измеритель реализует методы трибомониторинга, основанные на оценке параметров микроконтактирования в объекте. В качестве измеряемых диагностических параметров ИПЭК-1 использует нормированное интегральное время (НИВ) микроконтактирования и среднюю частоту микроконтактирования (СЧМ). НИВ определяется как отношение суммарной длительности отдельных микроконтактирований за некоторое время Т диагностирования к значению этого времени, а СЧМ - как отношение числа микроконтактирований за время Т к значению Т.
Универсальность прибора определяется подтвержденной экспериментально и результатами внедрения широтой областей применения: входной контроль новых подшипников, диагностирование подшипниковых узлов в процессе монтажа, функциональное диагностирование с целью предотвращения аварийных отказов изделий, дефектация бывших в эксплуатации подшипников, трибологические исследования в процессе разработки новых опор качения, смазочных материалов, систем смазывания, обоснования рациональных режимов их работы и т.п., трибоиспытания конструкционных и смазочных материалов, контроль вида смазки в объекте, количественная оценка смешанного режима трения.
Применение ИПЭК-1 в совокупности с разработанным методическим обеспечением позволяет выполнять усредненную комплексную оценку фактического состояния узла трения с учетом качества его изготовления и сборки, степени износа поверхностей, эффективности работы системы смазывания с учетом состояния СМ. При использовании специальных стендов, обеспечивающих циркуляционную нагрузку исследуемых поверхностей опор качения, реализуется возможность поиска локальных дефектов (риски, раковины, лунки, трещины и т.п.) неразборного подшипника качения и подшипника в узле с глубиной поиска до поврежденного тела качения и до местоположения дефекта на дорожке качения кольца.
Совокупность функциональных возможностей ИПЭК-1 обобщенно иллюстрируется рис. 5,б, из которого видно, что применение прибора позволяет эффективно отслеживать изменения тепловых и нагрузочных режимов в подшипниках, практически безынерционно устанавливать момент
заклинивания (останова привода и др. аварийных ситуаций), осуществлять мониторинг изменения качества рабочих поверхностей. В частности, с ИПЭК-1 можно решать широко распространенную задачу мониторинга технологической обкатки подшипников.
Уменьшение нагрузки на 400 Н
Рис. 5. Внешний вид (а) и диаграмма (б), иллюстрирующая возможности ИПЭК-1 по диагностированию подшипников качения
Основные технические характеристики ИПЭК-1: диапазон измерения НИВ от 0 до 1; диапазон измерения СЧМ /ср от 0 до 20 МГц; минимальная длительность учитываемых импульсов микроконтактирования
_7
0,2 мкс; порог чувствительности при измерении НИВ не более 10 ; время измерения диагностических параметров 0,01, 0,1, 1 и 10 с; питание автономное и сетевое (220 В, 50 Гц); время работы в автономном режиме не менее 8 ч; режим работы автоматический, ручной запуск.
Измеритель электрических параметров трибосопряжений (ИЭПТ) предназначен инструментального диагностического обеспечения трибо-объектов, в которых формируется жидкостная (гидростатическая, гидродинамическая, эластогидродинамическая) или граничная смазка, когда применение ИПЭК-1 не представляется возможным. Конструктивно прибор выполнен в том же исполнении, что и ИПЭК-1 (см. рис. 5,а), но не имеет автономного питания.
ИЭПТ предназначен для измерения двух параметров: ЭДС и электрического сопротивления в диапазонах соответственно от 0,01 до 16 мВ и от 0,001 до 1,7 МОм. Результаты представляются в двух видах: цифровые показания на дисплее измерителя и аналоговые унифицированные сигналы напряжения с диапазоном от 0 до 2,5 В для канала измерения сопротивления и от минус 2,5 В до плюс 2,5 В для канала измерения ЭДС. Уровни сигналов адаптированы для совместного использования измерителя с выше описанным АЦП ^В-1. Статическая погрешность канала измерения сопротивления не превышает 5 %, а для канала измерения ЭДС _ не более
231
10 %. Частотный диапазон канала измерения сопротивления - не менее 400 кГц, канала измерения ЭДС - не менее 700 кГц.
Таким образом, разработанный прибор потенциально применим для исследования процессов, например, в зубчатых передачах, в зонах сухого трения, в малооборотных опорах качения и в опорах с колебательным режимом. Информативными параметрами в данном случае являются как ЭДС, так и электрическое сопротивление в низкоомном диапазоне. При этом наличие аналоговых выходов раскрывает широкие возможности для статистической обработки диагностической информации.
Средства диагностики смазочных материалов
Все более актуальной становится проблема диагностики смазочных материалов (СМ) как самостоятельного объекта контроля. При этом качество СМ определяется целым набором единичных показателей, объединяемых в отдельные группы. Методы диагностирования (испытаний, контроля) СМ можно разделить на две группы: функциональные исследования и анализ характеристик проб СМ.
Первая группа методов предполагает внесение СМ в трибосопря-жение, схема трения которого определяется в общем случае условиями применения СМ, с последующим анализом работы данного трибосопряже-ния по различным критериям. Именно этот подход реализован в многочисленных методах испытаний СМ с применением машин трения. Описанные выше приборы эффективно могут применяться в качестве основного и дополнительного оборудования для реализации таких методов. Например, в работе [5] показано, что применение диагностического параметра НИВ, измеряемого с помощью ИПЭК-1, позволяет оценивать один из важнейших показателей качества СМ - вязкостно-температурные свойства.
Вторая группа методов предполагает отбор пробы СМ с последующим анализом различных физических и химических характеристик с применением технических средств, которые не формируют фрикционного взаимодействия. На основании теоретических исследований обоснован метод диагностирования моторных масел по диэлектрической проницаемости, изменение которой определяется деструкцией масла [7].
Для реализации данного электрического метода диагностики СМ разработан прибор для диагностики моторного масла АММ-10, конструктивно выполненный аналогично прибору ИПЭК-1. Прибор комплектуется измерительной ячейкой, например, по ГОСТ 6581 (рис. 6). Принцип работы основан на преобразовании электрической емкости измерительной ячейки с исследуемым маслом, включенной в колебательный контур генератора, в частоту электрических колебаний.
Рис. 6. Прибор АММ-10 (а) с измерительной ячейкой (б)
В связи с временной и температурной нестабильностью параметров измерительной цепи реализован метод повышения точности измерения, основанный на использовании образцового конденсатора - прибор автоматически выполняет калибровку. Основные технические характеристики АММ-10: диапазон измерения электрической емкости: от 1 до 500 пФ; погрешность измерения емкости Сх не более (1+0,01 Сх) пФ; диапазон измерения диэлектрической проницаемости от 1 до 15. В совокупности с разработанной методикой прибор АММ-10 является эффективным средством сервисного обслуживания автомобильной техники.
Следует отметить, что приборное обеспечение электрических методов трибомониторинга непрерывно усовершенствуется в направлении разработки средств для решения конкретных диагностических задач и улучшения метрологических характеристик при оценке электрических параметров. В качестве примеров последних разработок можно привести создание канала электрорезистивного мониторинга технического состояния подшипников жидкостного трения (ИПЭК-Ш) электродвигателей и моталок пятиклетьевого стана 1700 ЦПиО ПХЛ для ОАО «Северсталь» [6]. Это встроенное в общую систему мониторинга технологического оборудования средство диагностирования (средство четвертой группы), предназначенное для функциональной диагностики оборудования и предотвращения его аварийных отказов.
Другой пример - разработка резистивного метода определения электрических параметров жидких смазочных материалов и принципов построения средств диагностирования, обеспечивающих существенное повышение точности и быстродействия, расширение рабочего частотного диапазона [8]. Достижение улучшенных метрологических характеристик существенно расширяет функциональные возможности электрических методов трибомониторинга смазочных материалов за счет повышения достоверности диагностирования, обеспечения возможности исследования зависимостей электрических параметров жидких смазочных материалов от времени, температуры, напряженности и частоты электрического поля.
233
Список литературы
1. Акустические и электрические методы в триботехнике / А.И. Сви-риденок [и др.]. Минск: Наука и техника, 1987. 257 с.
2. Диагностический комплекс для трибологических исследований электрофлуктуационными методами / К.В. Подмастерьев [и др.]/ / Контроль. Диагностика. 2000. № 12. С.19-21.
3. Мишин В.В., Подмастерьев К.В., Марков В.В. Приборная база для комплексного диагностирования подшипников // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2011. № 4(288). С.111-120
4. Подмастерьев К.В., Пахолкин Е.В. Приборы для трибомониторин-га // Датчики и системы. 2008. № 3. С. 16-19.
5. Пахолкин Е.В., Подмастерьев К.В., Фокин Н.Н. Электрический контроль вязкостно-температурных свойств моторных масел: теоретическое обоснование, алгоритм, программно-аппаратные средства // Контроль. Диагностика. 2009. № 7. С.17-25.
6. Исследование эффективности контроля несущей способности смазочного слоя в подшипниках скольжения жидкостного трения электрическими методами / Е.В. Пахолкин [и др.] // Контроль. Диагностика. 2009. № 6. С. 25-32.
7. Сычев С.Н., Подмастерьев К.В., Пахолкин Е.В. Теоретическое обоснование контроля моторных масел электрическим методом (по значению диэлектрической проницаемости) // Контроль. Диагностика. 2005. № 12.
8. Давыдова Н.В., Ногачева Т.И. Выбор оптимальных значений образцовых сопротивлений при измерении электрических характеристик диэлектрической жидкости методом включения измерительной ячейки в ре-зистивную цепь // Контроль. Диагностика. 2010. № 6. С.16-19.
K.V. Podmasteryev
CURRENT STATE AND INSTRUMENTAL SUPPORT OF ELECTRICAL METHODS OF FRICTIONAL UNIT MONITORING
Results of current state analysis and lines of development of electrical methods of tribological monitoring are presented. Effective applications of these methods are determined. Description of control and diagnostic devices produced by creative collective of "Instrument engineering, metrology and certification" chair of State University- ESPC is displayed.
Key words: control, diagnostics, monitoring, electrical methods and devices, fric-tional units.
Получено 8.09.2012
