КІРОВОГРАДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Трушаков Дмитро Володимирович

УДК 620.179.1

АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ
ПОРУШЕНЬ СУЦІЛЬНОСТІ МЕТАЛУ

ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ФОРМИ

Спеціальність 05.13.07 – Автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кіровоград – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизації виробничих процесів Кіровоградського національного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор

Гамалій Володимир Федорович,

Кіровоградський національний технічний університет
Міністерства освіти і науки України,

завідувач кафедри маркетинга і економічної кібернетики.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Демченко Владислав Олексійович,

Одеський національний політехнічний університет
Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри автоматизації теплоенергетичних процесів;

кандидат технічних наук, доцент

Воробєйчик Василь Якович,

Кіровоградський національний технічний університет
Міністерства освіти і науки України,

доцент кафедри вищої математики та фізики.

Провідна установа: Національний університет харчових технологій, кафедра автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться 22 жовтня 2004 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради
К 23.073.01 в Кіровоградському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського національного технічного університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

Автореферат розісланий 20 вересня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.М. Каліч

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для досягнення високої якості виробів в машинобудуванні бажано проводити суцільний неруйнівний контроль на всіх етапах технологічного процесу. Це можливо лише при умові автоматизації усіх ланок неруйнівного контролю. Нажаль, існуючі контролюючі прилади в основному пристосовані для ручного контролю виготовляємої продукції.

В останні роки у дефектоскопії струмопровідних деталей та вузлів, при вирішенні завдань технічної діагностики, все частіше використовуються електромагнітні методи неруйнівного контролю, зокрема, метод вихорових струмів.

Тому дослідження, що спрямовані на автоматизацію неруйнівного контролю металевих деталей у машинобудуванні на основі метода вихорових струмів, на сьогодні є актуальними. Для дослідження були обрані найбільш навантажені і відповідальні деталі реверсивного насоса змінної продуктивності об’ємного гідропривода ГСТ-90, який входить до складу аксіально-поршневих машин, що виробляється на ВАТ “Гідросила” (м. Кіровоград).

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Запропоновані у роботі методи і засоби обробки сигналів вихорострумових перетворювачів і їх використання в автоматизованих системах технічного діагностування об’єктів контролю розроблялися у межах науково-дослідних робіт, що здійснюються в Кіровоградському національному технічному університеті (Кіровоградському інституті сільськогосподарського машинобудування) і виконувалися за плановими тематиками: “Автоматизована система неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасоса”, “Вихорострумовий дефектоскоп для неруйнівного контролю плунжерів гідронасоса” згідно договору №18 від 3.04.1997 року про творчу наукову співдружність між ВАТ “Гідросила” та Кіровоградським національним технічним університетом (Кіровоградським інститутом сільськогосподарського машинобудування). Ця робота також співпадає з напрямком національної науково-технічної програми “Створення і впровадження методів і засобів неруйнівного контролю і технічної діагностики “Технічний контроль 2000””.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення якості відповідальних деталей реверсивного насоса змінної продуктивності об’ємного гідропривода ГСТ-90 у процесі їх виготовлення, скорочення витрат на проведення контролю, а також підвищення продуктивності праці шляхом розробки і дослідження комплексних засобів систем автоматизації неруйнівного контролю порушень суцільності металу.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв’язати такі задачі:

- обрати та обгрунтувати метод неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасоса;

- вибрати найбільш придатний для контрольованих деталей тип первинного перетворювача;

- створити математичну модель первинного перетворювача;

- визначити основні перешкоджаючі фактори, що впливають на вихідний сигнал первинного перетворювача, та запропонувати методи компенсації впливу цих факторів;

- розробити структурну і принципову схеми та виготовити макет вихорострумового
дефектоскопа – основного вимірювального блоку автоматизованої системи;

- розробити структурну, принципову схеми і алгоритм функціонування автоматизованої мікропроцесорної системи контролю та виготовити її макет;

- оцінити техніко-економічні показники автоматизованої системи контролю.

Об’єкт дослідженя – це процес неруйнівного контролю порушень суцільності металу при виготовленні відповідальних деталей реверсивного насоса змінної продуктивності об’ємного гідроприводу ГСТ-90.

Предмет дослідженя – автоматизована система неруйнівного контролю порушень суцільності металу при виготовлені деталей циліндричної форми.

Методи дослідження - теоретичні і експериментальні дослідження. Теоретичні дослідження проводились з використанням положень теорії електромагнітної індукції, теорії роботи електронних систем та математичної статистики. Експериментальні дослідження проводились з використанням сучасної вимірювальної техніки та обладнання з обробкою отриманих результатів за допомогою засобів ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Сукупність проведених у роботі досліджень являє собою рішення задач в області утворення нових високоефективних автоматизованих систем неруйнівного технічного діагностування.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

- набуло подальшого розвитку використання вихорострумового (електромагнітного) контролю у складі автоматизованої системи неруйнівного контролю порушень суцільності металу при виготовленні деталей циліндричної форми;

- вперше запропоновано спосіб повного відстроювання від впливу зазора (проміжку) у вихорострумовій дефектоскопії феромагнітних виробів, на який одержано патент України;

- створена та досліджена математична модель вимірювального перетворювача, на її основі вироблені рекомендації до вибору його параметрів.

Практичне значення одержаних результатів. Подані у дисертації дослідження виконувалися в рамках договору про наукове співробітництво між Кіровоградським національним технічним університетом (Кіровоградським інститутом сільськогосподарського машинобудування) та ВАТ “Гідросила” (м. Кіровоград).

Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному:

- за допомогою розробленого вихорострумового дефектоскопу можливо здійснювати контроль порушень суцільності відповідальних деталей гідронасоса з повним відстроюванням від впливу зазора між вихорострумовим перетворювачем та контрольованою поверхнею феромагнітного вироба;

- застосування розробленої системи неруйнівного контролю порушень суцільності металу дозволило підвищити якість відповідальних деталей реверсивного насоса змінної продуктивності об’ємного гідропривода ГСТ-90 у процесі їх виготовлення, скоротити витрати на проведення контролю, підвищити продуктивність праці та значно знизити навантаження на оператора за рахунок автоматизації технологічного процесу контролю;

- завдяки використанню автоматизованої системи неруйнівного контролю вдалося скоротити час контролю деталей в порівнянні з існуючим методом пенетрації: плунжера з 16,6 хвилин до 20 секунд; розподільника та сепаратора з 17 хвилин до 6 хвилин;

- величина економічного ефекту при використанні автоматизованої системи неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасосів при річному плані випуску насосів 13911 штук дорівнює Ерічн=31546,42 грн;

- період окупності додаткових капітальних вкладень в автоматизовану систему неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасосів складає Ток=1,55 роки.

Результати досліджень впроваджуються у виробництво ВАТ “Гідросила”.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є підсумком роботи автора. В статтях, написаних у співавторстві, авторові належить наступне. В статті [1] здобувачем запропонована структурна схема сканувального пристрою для поточного контролю металевих виробів форми тіл обертання та приведена узагальнена блок-схема алгоритму виконання керуючої програми. В статті [2] запропонована структурна схема вихорострумового дефектоскопа для перевірки якості металевих виробів. В статті [3] запропонована структурна схема автоматизованої системи неруйнівного контролю на базі сканувального мікропроцесорного пристрою. В статті [4] на базі експериментальних досліджень проаналізовано використання накладних параметричних вихорострумових перетворювачів з різними видами магнітопроводу для виявлення несуцільностей типу тріщина та обгрунтовано переваги перетворювачів з П-подібним осердям. В деклараційному патенті України 34933А [13] здобувачем особисто запропоновано здійснення способу. В деклараційному патенті України 34934А [14] здобувачем особисто запропонована технічна реалізація вихорострумового дефектоскопа. В деклараційному патенті України 62570А [15] здобувачем особисто запропоновано додатково введений еталонний генератор синусоїдальної напруги для підвищення точності контролю металевих виробів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень були висвітлені й одержали схвалення на міжнародних та республіканських наукових конференціях і семінарах:

- третій Українській науково-технічній конференції “Неруйнівний контроль та технічна діагностика 2000” (22-25 травня 2000 р., м. Дніпропетровськ);

- 8-й Міжнародній семінарі-виставці “Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики” (26-28 вересня 2000 р., м. Ялта);

- Міжнародній конференції “Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении” (26-27 жовтня 2000 р., м. Київ);

- 15-th World Conference on Non-Destructive Testing. “Microprocessor System for Non-Destructive Diagnostics” (V. Gamaliy, D. Trushakov Rome (Italy) - 15-21 October 2000);

- Міжнародній науково-технічній конференції Асоціації спеціалістів промислової гідравліки та пневматики (АС ПГП) (Кіровоградський державний технічний університет, 23-25 листопада 2000р.);

- XIII науково-технічній конференції за участю зарубіжних спеціалістів “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления “Датчик-2001” (Московский государственный институт электроники и математики (Технический университет), май 2001 г.);

- Міжнародній науково-технічній конференції “Автоматика та комп’ютерні технології в промисловості та АПК” (Кіровоградський державний технічний університет, 18 квітня 2002 р.);

- ІІ Всеукраїнській науково-технічній конференції молодих вчених та спеціалістів “Зварювання та суміжні технології” (Інститут Електрозварювання ім. Є.О. Патона, 25-27 червня 2003 р., м. Київ);

- 4-ій міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (Кіровоградський державний технічний університет, 22-24 жовтня 2003 р);

- Міжнародній науково-практичній конференції “Современные информационные технологии в управлении и профессиональной подготовке операторов сложных систем” (Державна льотна академія України, 17-18 грудня 2003 р., м. Кіровоград);

а також на наукових конференціях викладачів, аспірантів і співробітників Кіровоградського національного технічного університету (Кіровоградського державного технічного університету)
1998 – 2004 рр.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 праць, у тому числі: 1 стаття у міжнародному науково-технічному журналі, 4 статті у збірниках наукових праць; 7 праць – у матеріалах доповідей на наукових конференціях і семінарах; отримано 3 патенти на винахід.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних літературних джерел із 148 найменувань, 11 додатків; повний обсяг дисертації складає 178 сторінок (135 сторінок у основній частині), 3 таблиці та 34 илюстрації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ВСТУП. Обгрунтовано актуальність і доцільність роботи, сформульовані мета та ідея роботи, визначені об’єкт, предмет та методи досліджень, викладені основні наукові положення, їх новизна та достовірність, наукова та практична цінність і реалізація отриманих результатів, наведена структура роботи.

РОЗДІЛ 1. Технологія неруйнівного контролю металевих деталей в машинобудуванні

Описана технологія виготовлення найбільш навантажених і відповідальних деталей циліндричної форми реверсивного насоса змінної продуктивності об’ємного гідропривода ГСТ-90 – плунжера, розподільника і сепаратора.

У відповідності з технологією виготовлення відповідальних деталей, у плунжері необхідно визначати дефекти зварного шва типу “непровар”; у розподільнику і сепараторі – порушення суцільності типу “тріщина”. В результаті проведеної порівняльної оцінкі існуючих методів контролю відзначено, що методи, які використовуються на підприємстві (візуально-оптичні: пенетрація та травлення в розчині соляної кислоти) мають низьку чутливість, високу трудоємність та тривалість контролю [7].

Сформульовані техніко-економічні вимоги для проектуємої автоматизованої системи неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасоса. На підставі проведеного аналізу фізичних методів неруйнівного контролю (НК) обрано вихорострумовий метод [10], який дозволяє створити вихорострумовий дефектоскоп, на базі якого можна побудувати автоматизовану систему контролю відповідальних деталей гідронасоса. Проведено аналіз існуючих автоматизованих систем контролю, що побудовані на основі вихорострумових дефектоскопів. Відзначено, що велике значення для розвитку вихорострумового контролю мають роботи авторів: Герасимова В.Г., Грінберга Г.А., Дорофеева А.Л., Дякина В.В., Ершова Р.Е., Загребельного В.І., Белокура І.П., Гальченко В.Я., Кіфера І.І., Клюева В.В., Локшиной Н.Н., Назарчука З.Т., Рибачука В.Г., Родигина Н.М., Сандовского В.А., Сапожнікова А.Б., Серебреннікова С.В., Соболева В.С., Сухорукова В.В., Тетерко А.Я., Учаніна В.М., Фастрицкого В.С., Ферстера Ф., Хандецкого В.С., Шкарлета Ю.М. та ін.

Визначені напрямки і задачі досліджень. Метою є розробка засобів автоматизації неруйнівного контролю порушень суцільності металу для підвищення якості відповідальних деталей циліндричної форми у процесі їх виготовлення.

РОЗДІЛ 2 Фізичні основи та методика розробки основних елементів автоматизованої системи неруйнівного контролю порушень суцільності металу

Приведені фізичні основи вихорострумового неруйнівного контролю.

В результаті проведеного аналізу існуючих конструкцій вихорострумових перетворювачів (ВСП) нами обрані ВСП накладного типу з П-подібним осердям для контролю плунжера та зі стрижневим осердям для контролю розподільника та сепаратора. Розроблені і проаналізовані математичні моделі накладних ВСП з П-подібним та зі стрижневим осердями. Отримані вирази для визначення чутливості перетворювача до зміни зазору між ВСП та контрольованою поверхнею та до зміни ширини тріщини Т. Аналіз математичних моделей показав, що незалежно від типу осердя ВСП:

- залежність величини внесеної індуктивності вихорострумового перетворювача від співвідношення зміни ширини тріщини (T) до діаметру магнітопровода перетворювача (D) при умові, що описується за лінійним законом:

;

- залежність величини внесеної індуктивності вихорострумового перетворювача від зміни повітряного зазору між перетворювачем та контрольованою поверхнею () описується за гіперболічним законом:

.

Обгрунтовано вибір робочої частоти ВСП – 10 кГц. На цій частоті ми взмозі забезпечити потрібну глибину проникнення вихорових струмів в контрольовані зразки з феромагнітної сталі.

Розроблено та запропоновано спосіб зменшення основного перешкоджаючого фактора при проведенні контролю – спосіб відстроювання від впливу проміжку (зазора) у вихорострумовій дефектоскопії феромагнітних виробів [13]. Це досягається підтримкою постійним значення частоти коливань у вимірювальному коливальному контурі, при якій амплітуда напруги не залежить від величини коливань зазора між ВСП та контрольованою поверхнею.

Запропонований спосіб здійснений наступним чином. У вимірювальну систему, яка містить вимірювальний коливальний контур, додатково вводять еталонний коливальний контур, виконаний ідентичним вимірювальному і розташований поза поверхнею феромагнітного виробу. Порівнюють сигнали від еталонного і вимірювального коливальних контурів, отриманий сигнал непогодження використовують для керування частотою автогенератора, що виробляє коливання з частотою, при якій амплітуда напруги у вимірювальному коливальному контурі не залежить від величини зазора. На основі запропонованого способа побудовано основний вимірювальний блок автоматизованої системи - вихорострумовий дефектоскоп для контролю феромагнітних виробів [14, 15]. Узагальнена структурна схема вихорострумового дефектоскопа для контролю феромагнітних виробів, в прицип дії якого покладено запропонований спосіб, представлена на рис.1.

Рис.1. Узагальнена структурна схема вихорострумового дефектоскопа

РОЗДІЛ 3. Дослідження основних функціональних елементів автоматизованої системи неруйнівного контролю порушень суцільності металу

Загальна методика експериментальних досліджень включає:

- виготовлення макетів накладних ВСП стрижневого типу та з П-подібним магнітопроводом;

- імітування видовжених тріщин з шириною розкриття Т, нормованою до діаметру D магнітопроводу ВСП на зразках з феромагнітної сталі;

- імітування зазору , між накладним ВСП і контрольованою поверхнею, нормованим до діаметру D магнітопроводу ВСП на зразках з феромагнітної сталі;

- визначення залежностей результатів вимірів вносимих індуктивностей від ширини розкриття тріщин Т;

- визначення залежностей результатів вимірів вносимих індуктивностей від зміни зазору ;

- порівняння побудованих залежностей з прогнозованими математичними моделями накладних ВСП з П-подібним та зі стрижневим осердями;

- дослідження обраної конструкції ВСП для знаходження дефектів типу “непровар” у зварному шві плунжера.

Вибір на користь накладного ВСП з П-подібним осердям перед накладним ВСП зі стрижневим осердям для спостереження несуцільностей типу “непровар” у плунжері підтверджуються приведеними нижче результатами їх порівняльних досліджень на цифровому вимірювачі E7-8 (вимірювач L, C, R) при живленні ВСП синусоїдальним струмом частотою 1 кГц [4, 9]. Потім, для достовірності, повторно були виконані дослідження на цифровому вимірювачі E7-14 (вимірювач імітансу) при живленні ВСП синусоїдальним струмом частотами 1 кГц та 10 кГц на зразках з феромагнітної сталі. При цьому результати експериментальних досліджень представлені з усередненням по 10 вимірам в однакових умовах. Для проведення експериментальних досліджень були виготовлені накладні ВСП з П-подібним і зі стрижневим осердями. Обидва ВСП були виготовлені таким чином, щоб вони мали однакову індуктвність поза контрольованої поверхні (у повітрі) L0=1.19 мГн. Видовжені наскрізні тріщини мали прямокутну форму з розкриттям Т, нормованим до діаметру D магнітопровода ВСП, яке змінювалося у межах Т/D=0.0140.3. Крім того, зазор між накладним ВСП та контрольованою поверхнею також змінювали у межах /D=0.0140.3. Результати вимірів нормованих вносимих індуктивностей (=Lвн/L0) у функції Т/D та /D на зразках з феромагнітної сталі при живленні накладних ВСП з осердями П-подібної і стрижневої форми зображені на рис.2 та рис.3.

а б

Рис.2. Порівняльні залежності результатів вимірів вносимих індуктивностей від співвідношення ширини розкриття тріщини Т до діаметру магнітопровода D ВСП зі стрижневим осердям (крива 3) і з осердям П-подібної форми, коли один з полюсів знаходиться над тріщиною (крива 1), та коли обидва полюси розташовані над тріщиною (крива 2) при =const на частотах:
а - f=1 кГц; б - f=10 кГц

Рис.3. Залежності між відносною внесеною індуктивністю та відстанню між ВСП та контрольованою поверхнею , що нормована до діаметра осердя :

1) для П-подібного ВСП на частоті 1 кГц;

2) для стрижневого ВСП на частоті 1 кГц;

3) для П-подібного ВСП на частоті 10 кГц;

4) для стрижневого ВСП на частоті 10 кГц

Як видно з рис.2 на зразках з феромагнітної сталі чутливість (нахил кривої) П-подібного ВСП, коли обидва його полюси розташовані над тріщиною, в два рази перевищує чутливість стрижневого ВСП. Навіть при попаданні тріщини лише під один з двох робочих полюсів П-подібного ВСП його чутливість не гірше ніж у стрижневого ВСП.

Аналізуючи функціональні залежності, що представлені на рис.3, можемо зробити висновок, що як для П-подібного так і для стрижневого ВСП на частоті 10 кГц чутливість до впливу зазору менше ніж на частоті 1 кГц, що підтверджує вибір робочої частоти f0=10 кГц.

При побудові автоматизованої системи неруйнівного контролю розподільника та сепаратора, де неможливо усунути коливання зазору при роботі сканувального пристрою, необхідно використати спосіб повного відстроювання від впливу зазору [13], що був описаний в главі 2.

За підсумками проведених досліджень для визначення порушень суцільності у плунжері в місці зварювання донця з корпусом нами обраний ВСП з П-подібним осердям, що вмонтований у вимірювальну головку. Вимірювальна головка спроектована таким чином, що при контролі деталі обидва полюси осердя ВСП П-подібної форми завжди знаходяться вздовж контрольованого місця зварювання. Таким чином здійснена висока чутливість контролю. Конструктивно в вимірювальній головці усунуто вплив зазора і перекоса контрольованих деталей. Вимірювальна головка під’єднується до основного вимірювального блоку автоматизованої системи - розробленого нами вихорострумового дефектоскопа для контролю плунжерів гідронасосів типу ГСТ-90 і ГСТ-112 [11], який впроваджено до експлуатації у ВАТ “Гідросила”.

Розділ 4. Розробка та дослідження макета автоматизованої системи неруйнівного контролю порушень суцільності металу відповідальних деталей гідронасоса

Для даної автоматизованої системи розроблено вихорострумовий дефектоскоп для знаходження в процесі виробництва у заготівках і деталях гідронасосів – розподільниках і сепараторах - поверхневих та підповерхневих дефектів типу порушення суцільності. Запропоновані та описані структурна і принципова схеми дефектоскопа [2, 5, 6]. В основу роботи вихорострумового дефектоскопа покладено спосіб повного відстроювання від впливу зазора між ВСП та контрольованою поверхнею.

Для автоматизації процесу контролю відповідальних деталей гідронасоса- розподільника та сепаратора нами розроблений сканувальний пристрій з мікропроцесорним керуванням, структурна схема якого приведена на рис.4 [1, 3, 8, 12]. Деталь встановлюється на діелектричний диск 8, який обертається за допомогою першого крокового двигуна з редуктором 7. ВСП 9 переміщується поступально за радіусом від периферії до центру деталі під дією другого крокового двигуна з редуктором 1, з кроком, рівним діаметру осердя ВСП. Швидкість переміщення ВСП синхронізована з обертанням деталі. Лічильник обертів містить оптопару 6. Вимірювальний тракт дефектоскопа містить генератор 2, амплітудний детектор 3, підсилювач 4. Через аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 5 сигнал надходить до однокристального мікроконтролера 10 сімейства MCS51 AT89C51, де виконується його обробка та виявлення дефектів.

Рис.4. Структурна схема сканувального пристрою

В результаті проведених досліджень функціонування макета автоматизованої системи неруйнівного контролю було виявлено, що:

- величина кроків радіального переміщення та переміщення по колу ВСП не перевищує 1 мм (діаметра осердя ВСП);

- коливання зазору при скануванні поверхні розподільника та сепаратора (0...0,9 мм) не впливають на якість показань завдяки способу повного відстроювання від впливу зазору.

Таким чином отримані техничні характеристики задовольняють вимогам.

Розділ 5. Техніко-економічна оцінка ефективності використання автоматизованої системи неруйнівного контролю порушень суцільності металу при виготовленні відповідальних деталей гідронасоса

Економічний ефект розрахувався шляхом порівняння існуючих методів контролю відповідальних деталей гідронасоса на ВАТ “Гідросила” (м. Кіровоград) та контролю за допомогою запропонованої автоматизованої системи. Величина економічного ефекту при використанні автоматизованої системи неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасосів при річному плані випуску насосів 13911 штук, дорівнює Ерічн=31546,42 грн. Період окупності додаткових капітальних вкладень в автоматизовану систему неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасосів складає Ток=1,55 роки.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі подане нове рішення актуальної науково-технічної проблеми підвищення якості відповідальних деталей реверсивного насоса змінної продуктивності об’ємного гідропривода ГСТ-90, у процесі їх виготовлення, завдяки використанню побудованої автоматизованої системи неруйнівного контролю порушень суцільності металу. В процесі виконання роботи отримані наступні найбільш важливі наукові та експериментальні результати.

1. Проведені дослідження можливостей різних методів неруйнівного контролю стосовно контролю відповідальних деталей циліндричної форми гідронасоса ГСТ-90 – плунжера, розподільника та сепаратора, показали, що в даному випадку найбільш придатним є електромагнітний (вихорострумовий) метод неруйнівного контролю.

2. Проведений аналіз існуючих конструкцій та властивостей вихорострумових перетворювачів, які є основним функціональним елементом автоматизованої системи неруйнівного контролю порушень суцільності металу, виявив, що:

- для контролю зварних швів у плунжерах, враховуючи анізотропію, в якості первинного перетворювача обрано вихорострумовий перетворювач з П-подібним осердям;

- при контролі розподільника та сепаратора для реєстрації дефектів типу тріщина обрано вихорострумовий перетворювач зі стрижневим осердям.

3. Розробка і аналіз математичних моделей накладних вихорострумових перетворювачів з П-подібним та стрижневим осердями показав, що:

- залежність величини внесеної індуктивності вихорострумового перетворювача від співвідношення зміни ширини тріщини (T) до діаметру магнітопровода перетворювача (D) при умові, що описується за лінійним законом;

- залежність величини внесеної індуктивності вихорострумового перетворювача від співвідношення зміни повітряного зазору між перетворювачем та контрольованою поверхнею () до діаметру магнітопровода перетворювача (D) при умові, що описується за гіперболічним законом.

Таким чином, у отриманому від перетворювача сигналі можна відокремити інформацію про наявність тріщіни від інформації про наявність повітряного зазору (проміжку).

4. Аналіз перешкоджаючих факторів при вихорострумовому контролі виявив, що в умовах цеху основним зовнішнім перешкоджаючим фактором, який впливає на якість показань, є зміна зазору (проміжку) між накладним вихорострумовим перетворювачем та контрольованою поверхнею. Для його подолання була розроблена та використана методика відстроювання від впливу зазору між датчиком та контрольованою поверхнею у вихорострумовій дефектоскопії феромагнітних виробів.

5. В результаті проведених експериментальних досліджень накладних вихорострумових перетворювачів з П-подібним та стрижневим осердями були отримані експериментальні залежності вносимих нормованих індуктивностей від ширини тріщини Т і величини зазору . Ці залежності відповідають розробленій математичній моделі. Адекватність моделі оцінено методом математичної статистики. Розбіжність складає не більше 5%.

6. Розроблені структурні і принципові схеми та виконано макети вихорострумових дефектоскопів – основних вимірювальних блоків автоматизованої системи - для контролю плунжерів та для контролю розподільника і сепаратора, в принцип дії якого покладені інженерні рішення, на які отримані деклараційні патенти України.

7. В результаті аналізу обгрунтовано конструкцію, принцип дії і алгоритм роботи макета автоматизованої системи неруйнівного контролю, а також розроблені структурна і принципова схеми макета. В принцип дії системи покладено:

- покрокове сканування досліджуваної поверхні;

- фіксація та порівняння інформації, що отримана при скануванні на кожному кроці, з попередньо записаною інформацією в постійному запам’ятовуючому пристрої, яка була отримана від еталонів (бездефектних деталей);

- при знаходженні “граничного дефекту” негайне бракування деталі.

8. В результаті проведених досліджень та аналізу даних функціонування макета автоматизованої системи неруйнівного контролю було виявлено, що:

- величина кроків радіального та кутового переміщення вихорострумового перетворювача не перевищує 1 мм (діаметра осердя);

- коливання зазору при скануванні поверхні розподільника та сепаратора між вихорострумовим перетворювачем та контрольованою поверхнею не перевищували 0,9 мм. Ці коливання зазору не впливають на якість показань завдяки розробленому способу повного відстроювання від впливу зазору;

- дефекти на зразках деталей надійно реєструються.

Отримані техничні характеристики макета відповідають технічним вимогам.

9. Проведено розрахунок економічної ефективності автоматизованої системи неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасоса. Величина економічного ефекту при використанні даної системи при річному плані випуску насосів 13911 штук, дорівнює Ерічн=31546,42 грн. Період окупності додаткових капітальних вкладень складає Ток=1,55 роки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Плєшков П.Г., Серебренніков С.В., Трушаков Д.В. Вихорострумовий дефектоскоп та сканувальний пристрій для поточного контролю металевих виробів форми тіл обертання// Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №1. – С. 70-71.

2. Ващенко Б.І., Трушаков Д.В. Вихрострумовий дефектоскоп для перевірки якості металевих виробів// Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування/ Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація/. - Кіровоград: КІСМ. - 1998. - Вип.3. - С. 30, 31.

3. Гамалій В.Ф., Трушаков Д.В. До вибору методики автоматизації неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасоса// Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету/ техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація/ Кіровоград: КДТУ. - 2002. - Випуск 11. - С. 247-250.

4. Серебренніков С.В., Плешков П.Г., Трушаков Д.В. Порівняльні дослідження вихрострумових перетворювачів для дефектоскопії плунжерів гідронасосів// Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів. Випуск 6. Збірник наукових праць Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України. Київ-Львів. - 2001. – С. 95-100.

5. Трушаков Д.В. До вибору способа послаблення заважаючих факторів при проведенні вихорострумового неруйнівного контролю металевих деталей та виробів// Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету/ техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація./ - Кіровоград: КДТУ. –2003. – Випуск 13. - С. 382-386.

6. Гамалий В.Ф., Трушаков Д.В., Серебренников С.В. Вихретоковый дефектоскоп с частотной отстройкой от влияния зазора// Материалы 8-го Международного семинара-выставки “Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики”. – Киев. - 2000. - С. 10-11.

7. Серебренніков С.В., Трушаков Д.В., Медяник В.Г. Порівняльні дослідження неруйнівних методів контролю для дефектоскопії деталей аксіально-поршневих машин// Матеріали третьої Української науково-технічної конференції “Неруйнівний контроль та технічна діагностика 2000”. - Дніпропетровськ. - 2000. - С. 187-188.

8. Серебренников С.В., Трушаков Д.В., Гамалий В.Ф. Автоматизация процесса вихретокового контроля металлических изделий формы тел вращения с отстройкой от влияния зазора// Материалы международной конференции “Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении”. – Киев. - 2000. - С. 75-76.

9. Серебренников С.В., Трушаков Д.В., Версаль В.А. Сравнительный анализ вихретокових датчиков с магнитопроводом// Материалы научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления” (Датчик-2001). - М.: МГИЭМ. - 2001. - С. 309-310.

10. Трушаков Д.В. До обгрунтування використання електромагнітного контролю при дефектоскопії металевих деталей та виробів// Тезисы докладов международной научно-практической конференции “Современные информационные технологии в управлении и профессиональной подготовке операторов сложных систем”. – Кировоград. - 2003. - С. 163-165.

11. Трушаков Д.В., Серебренніков С.В. Вихорострумовий контроль зварних швів, отриманих тертям// Збірка тезисів ІІ Всеукраїнської науково-технічної конференції молодих учених та спеціалістів “Зварювання та суміжні технології”. - Київ. - 2003. - С. 81.

12. Gamaliy V, Trushakov D. Microprocessor System for Non-Destructive Diagnostics// 15-th Conference on Non-Destructive Testing. Rome (Italy) – 15-21 October 2000. – P.608.

13. Деклараційний патент 34933А Україна, МКИ G 01N 27/86. Спосіб повного відстроювання від впливу проміжку у вихорострумовій дефектоскопії феромагнітних виробів: Деклараційний патент 34933А Україна, МКИ G 01N 27/86/ Б.І. Ващенко, Д.В. Трушаков; Кіровоградський державний технічний університет. - №99074185; Заявл. 20.07.1999; Опубл. 15.03.2001.

14. Деклараційний патент 34934А Україна, МКИ G 01N 27/00. Вихорострумовий дефектоскоп для контролю феромагнітних виробів: Деклараційний патент 34934А Україна, МКИ G 01N 27/00/ Б.І. Ващенко, Д.В. Трушаков; Кіровоградський державний технічний університет. - №99074186; Заявл. 20.07.1999; Опубл. 15.03.2001.

15. Деклараційний патент 62570А Україна, МКИ G01N27/00. Вихорострумовий дефектоскоп для контролю феромагнітних виробів: Деклараційний патент 62570А Україна, МКИ G01N27/00/ В.Ф. Гамалій, В.Ф. Пащенко, Д.В. Трушаков; Кіровоградський державний технічний університет. - №2003043228; Заявл. 10.04.2003; Опубл. 15.12.2003.

АНОТАЦІЯ

Трушаков Д.В. Автоматизована система неруйнівного контролю порушень суцільності металу при виготовленні деталей циліндричної форми – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – Автоматизація технологічних процесів – Кіровоградський національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Кіровоград, 2004.

Дисертація містить результати теоретичних та експериментальних досліджень по удосконаленню неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасоса шляхом створення автоматизованої системи контролю на основі метода вихорових струмів. Запропоновано спосіб повного відстроювання від впливу зазора між вихорострумовим перетворювачем та контрольованою поверхнею феромагнітного вироба. Здійснено технічну реалізацію макетів вихорострумового дефектоскопа та автоматизованої системи на базі однокристального мікроконтролера сімейства MCS51.

Ключові слова: автоматизована система контролю, неруйнівний контроль, метод вихорових струмів, вихорострумовий перетворювач, феромагнітний виріб, електромагнітне поле, однокристальний мікроконтролер.

АННОТАЦИЯ

Трушаков Д.В. Автоматизированная система неразрушающего контроля нарушений сплошности металла при изготовлении деталей цилиндрической формы – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – Автоматизация технологических процессов – Кировоградский национальный технический университет Министерства образования и науки Украины, Кировоград, 2004.

Обоснована актуальность работы, освещено состояние вопроса, цель и задачи исследования.

Диссертация посвящена автоматизации контроля ответственных деталей гидронасоса. Для неразрушающего контроля выбран метод вихревых токов. В качестве датчика выбран параметрический вихретоковый преобразователь накладного типа с ферромагнитным сердечником. Разработан и предложен способ уменьшения мешающих факторов при проведении контроля – способ полного отстраивания от влияния колебаний зазора между вихретоковым преобразователем и контролируемой поверхностью ферромагнитного изделия. Это достигается поддержанием постоянным значения частоты колебаний в измерительном колебательном контуре, при которой амплитуда напряжения в этом контуре не зависит от величины колебаний зазора.

Проведены експериментальные исследования накладных вихретоковых преобразователей стержневого типа и с П-образным магнитопроводом.

Предложены схемные решения и сделана техническая реализация макетов вихретокового дефектоскопа и автоматизированой системы на основе однокристального микроконтроллера семейства MCS51 АТ89С51.

Ключевые слова: автоматизированная система контроля, неразрушающий контроль, метод вихревых токов, вихретоковый преобразователь, ферромагнитное изделие, електромагнитное поле, однокристальный микроконтроллер.

SUMMARY

Trushakov D.V. Automation system for non-destructive inspection infringement of continuous the metal in process manufacture cylindrical form parts.

Thesis for the degree of the candidate of technical sciences by speciality 05.13.07 – Automation of technological processes. – Kirovograd National Technical University Ministry of Education and Science of Ukraine, Kirovograd, 2004.

The dissertation contains results of theoretical and experimental investigation on the improvement of non-destructive control inspection to check responsible parts of hydraulic pumps by creating an automation system inspection on the basis of eddy-current method.

Proposed the method of absolute suppression influence interval between eddy-current transformer and inspect surface ferromagnetic parts.

Technical realization models eddy-current defectoscope and automation system inspection on the basis of a single-chip microcontroller of the assemblage MCS51 was manufactured and applied in industry.

Key words: automation system inspection, non-destructive inspection, eddy-current method, eddy-current transformer, ferromagnetic part, electro-magnetic field, single-chip microcontroller.