Диссертация (1024744), страница 8
Текст из файла (страница 8)
п.), которыенепосредственно проявляются только в рабочих режимах. Очевидно,наибольший практический интерес представляет техническое состояниефункционирующих машин и механизмов.Особую актуальность имеют и вопросы метрологического обеспеченияизмерений девиации во времени свойств машиностроительных объектов. Вфункционирующих машинах и механизмах при деформировании реальныхтвёрдых тел даже в чисто упругой области в их поведении обнаруживаютсяявления, не находящие объяснения в обычной теории упругости.47Неопределенность параметров технического состояния техническихобъектов, связанная с погрешностями изготовления элементов деталей,недостаточной информацией об исходном состоянии конструкционногоматериала и законах его изменения под воздействием технологическихфакторов является следствием недостатка информации о физическихпараметрах конструкционных материалов.
[115, 116]В метрологии техническое освоение достижений квантовой физикипривело к тому, что существовавшие ранее раздельно эталоны единиц измерения расстояния, времени и частоты образовали единый комплекс, опирающийся на фундаментальную физическую постоянную - скорость света ввакууме. Известно, что хронометрический в своей основе подход к реализации измерений больших расстояний уже давно используется в радиолокационной технике, успешно применяемой как в земных масштабах, так и вмасштабах солнечной системы. Упомянутый выше эталон обязан своим появлением успехам в создании высокостабильных «атомных» часов.По мере того, как простейшие средства ранней стадии развитиячеловечества (от смены дня и ночи или времен года до количества прочитанных псалмов или ударов пульса) сменялись все более совершенными(механические, кварцевые, «атомные» часы) возрастала и роль хронометриидля общества.
Инженерно-техническое промышленное освоение достиженийсовременной хронометрии, безусловно, открывает все новые перспективыдля развития новой и новейшей техники. Однако не менее, а скорее болееактуально ее применение для измерительного контроля и диагностики деградирующей, вяло обновляемой современной отечественной техники - впервую очередь в энергетике и на транспорте.Таким образом, роли изменились: если на первом месте этапе развитиявсе достижения науки в области, в первую очередь, механики, математики, азатем и физики использовались для совершенствования средств и методовизмерения времени и на их основе – все более углубленному пониманию егоприроды, то в дальнейшем практические приложения науки о времени, её48«инструментария» перехватывают инициативу.
[117]Особенно эффективно применение такого подхода к циклическим системам путем прецизионного хронометрического контроля фазы рабочегоцикла. При этом наибольший практический интерес представляют инженерные решение, по крайней мере, двух проблем:-регистрациянафонерекорднойстабильностипараметровхронометрической системы медленных и малых, но конечных измененийпараметров функционирующей технической системы;- оценка и контроль качества отладки и сборки изделия непосредственно в рабочем режиме.1.3.1 Физическое обоснование применения фазохронометрическогоподхода в целях построения Единой информационной измерительнойтехнологии.Известно, что эффективность решения теоретических задач существенно зависит от выбора системы координат.
Так, в задачах математическойфизики оказываются эффективными ортогональные криволинейные координаты: эллиптические, биполярные, тороидальные т.п., в задачах небесноймеханики - сферические координаты, координаты Делоне. Во всех этихслучаях учитываются геометрические свойства - форма и симметрия изучаемых объектов и систем. Эти геометрические свойства, определяются такими физическими факторами, как распределение масс, электрических зарядов, потенциала сил и т.п. Среди привязанных таким образом к физическивыделенным направлениям координатных осей одна оказывается наиболееинформативной. Так, например, в системах с центральной или аксиальнойсимметрией максимальную информацию содержат функциональные зависимости от расстояния до центра или оси симметрии.Существенно, что подобные закономерности обнаруживаются и прирассмотрении поведения динамических систем в фазовом пространстве, втом числе при использовании переменных действие-угол.49Так, для циклических систем, в частности, механических устройствциклического действия, наиболее информативной координатой является полярный угол радиус-вектора точки, изображающий на фазовой плоскостисостояние циклической системы.
В отсутствии возмущений траектория этойточки образует за время полного цикла замкнутый контур.Площадь участка фазовой плоскости, заключенного внутри этого контура и полярный угол радиус-вектора (фаза) лежащей на контуре изображающейточкимогут быть использованыв качественезависимыхпеременных, однозначно определяющих состояние циклической системы.Так, применение формализма Гамильтона позволяет исследоватьпроцессы взаимодействия внутри циклической машины или механизма,деградацию во времени свойств и их приращение через исследованиегеометрических характеристик.
В этом случае может быть использованоосновное свойство гамильтоновых систем – сохранение объема произвольнойобласти фазового пространства. [118,119]t2tnt1tiI = ∫ L 0 dt = ∫ Ldt(1.1)Хорошо известно, что поток в фазовом пространстве остаетсявеличиной постоянной, т.е. дивергенция равна нулю. Вместе с тем, и объемфазового пространства сохраняется во времени.
При этом начальное«нулевое»состояниеработыциклическогообъектамашиностроения(турбоагрегат, гидроагрегат, станок, подшипник качения и т.п.) будетотличатьсяотегосостояниявпроцессеэксплуатации,вызванноепроисходящими деградационными процессами внутри него. Вместе с темформа кривой в координатах [t,Q] – время – фаза, будет меняться от цикла кциклу, при этом площадь сохранится неизменной.Уравнение Луивилля, выраженное через гамильтониан, представленноедля циклической машины иди механизма, выглядит следующим образом:50n ∂H ∂Q ∂H ∂Q ∂Q= −∑ −= [H , p ]dtdqi dpi i =1 dpi dqi(1.2)где скобки обозначают скобки Пуассона гамильтониана H сплотностью Q.Таким образом, сочетание высокой податливости фазы рабочего циклаобъекта машиностроения, отображаемого на фазовую плоскость в видезамкнутого контура обладает высокой жесткостью общей площади.
Площадьучастка фазовой плоскости, заключенного внутри этого контура и полярныйугол радиус-вектора (фаза) лежащей на контуре изображающей точки могутбыть использованы в качестве независимых переменных, однозначноопределяющих состояние циклической системы. [120]1.3.2 Основные элементы Единой информационной измерительнойфазохронометрической технологии поддержки жизненного цикла объектовмашиностроения.Фазохронометрическая информация способна обеспечить передачу навсе этапы жизненного цикла продукции, включая процессы проектирования,производства, монтажа, наладки, эксплуатации, что необходимо длядальнейшего конструктивно-технологического совершенствования объектовмашиностроения.В условиях мировых тенденций исчерпания энергетических ресурсовосновных компонентов жизнеобеспечения страны и уменьшения объемовпромышленного производства необходимо создание на новых принципахметодов и средств мониторинга, диагностики и аварийной защитыоборудования машиностроения.
Наивысшей точностью и стабильностьюобладают средства измерения времени и частоты. Следует отметить ифундаментальные достижения в области эталонирования времени и частоты.[121,122,123,124].Единаяинформационнаяизмерительно-вычислительная51трическая технология поддержки жизненного цикла объектовфазохронометрическаямашиностроения может быть построена на современных достиженияхфундаментальной хронометрии, метрологии в сочетании с многофакторнымматематическим моделированием и возможностью передачи измерительнойинформации на всех этапах жизненного цикла с момента первого включенияили запуска.Основные элементы фазохронометрического метода представлены наРис.
1.1.Рис. 1.1.Основные элементы Единой информационной измерительноизмерительновычислительной фазохронометрическойфазохронометрической технологии поддержки жизненногоцикла объектов машиностроенияОсновными элементами Единой информационной измерительноизмерительновычислительной фазохронометрической технологии являются:52- прецизионные измерения интервалов времени между положениямиэлементов машины, соответствующих определенной фазе работы объекта, ееформирование рядов интервалов времени, сравнение их значений сдопускаемыми характеристиками;- измерительный контроль фазы рабочего цикла путем измерениясоответствующих интервалов времени и их приращений;-многофакторноемашиностроениявматематическоефазохронометрическоммоделированиеобъектовпредставленииширокогоприменения: турбоагрегатов, генераторов; гидроагрегатов; металлорежущихстанков; подшипников качения; гармонических осцилляторов;- возможность обеспечения непрерывного информационного обменаизмерительной информацией в процессе измерений, обработки результатовизмерений, в том числе уточнение величин параметров математическихмоделей на соответствие текущему техническому состоянию машины;- по результатам математического моделирования с использованиемуточненных моделей и последующей обработки измерительной информацииопределяют возможные дефекты объекта машиностроения и оцениваюттекущее техническое состояние.Практически в каждом из приоритетных направлений развития,связанныхсмашиностроением,такихкакподпрограмма «Развитиеотечественного станкостроения и инструментальной промышленности на2011-2016годы»Федеральнойцелевойпрограммы«Национальнаятехнологическая база» на 2007 - 2011 годы", Государственная программаРоссийской Федерации "Развитие судостроения на 2013 - 2030 годы",Стратегией развития Российских железных дорог до 2030 года иГосударственной программой вооружения России на период 2011-2020 г.г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
