В большинстве современных механизмов, например, электродвигателях, генераторах, нефтяных насосах, колесах железнодорожного транспорта, основная нагрузка приходится на их опорные узлы, которые включают в себя подшипники качения. От качества установленных подшипников зависит срок службы всего механизма, поэтому их состоянию на производстве уделяют особое внимание. В частности, это касается рабочих поверхностей их деталей — тел качения, сепаратора, а также внутренних и внешних колец. С помощью визуального метода контроля на них выявляют мельчайшие производственные дефекты, снижающие прочность в процессе дальнейшей эксплуатации. Ученые Пермского Политеха запатентовали вспомогательное устройство, которое повышает качество такого контроля. Разработка обеспечивает получение стабильного и полного изображения поверхностей подшипника при минимальных затратах и без ручного вмешательства контролера.

На полезную модель получен патент. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Работа выполнена на базе Лаборатории трибодиагностики и контактной прочности Передовой инженерной школы ПНИПУ.

Подшипники качения – это основные элементы опор механического оборудования, и их надежность должна быть достаточно высокой для стабильной многолетней работы. Они представляют собой сборку из внешнего и внутреннего кольца, между которых расположены тела качения — шарики или ролики.

При производстве подшипников на первых этапах проверки качества проводят оптический контроль поверхности колец. С помощью увеличительных и спектральных оптических приборов получают их изображения, по которым определяют различные дефекты – следы коррозии, прижоги, трещины и сколы. От эффективности и автоматизации такого процесса зависят своевременность обнаружения всех недостатков и высокая производительность деталей.

Конструкция устройств для проведения оптического контроля должна обеспечивать аккуратное вращение рабочих колец подшипника для получения максимально качественных изображений. Существующие современные приборы не позволяют выполнить эти требования в полной мере без существенных финансовых затрат.

Ученые Пермского Политеха разработали вспомогательное устройство, которое повышает качество оптического контроля деталей подшипников при минимальных производственных затратах.

Разработка включает в себя корпус, где установлены привод с электродвигателем и цилиндрический редуктор, а также опорные валы, на которых размещаются сами кольца подшипника. Валы, в свою очередь, связаны ременной передачей (ремнем). Конструкция устройства обеспечивает медленное вращение валов с одинаковой заданной скоростью.

– При вращении изделия осматриваемая поверхность плавно перемещается под окуляром микроскопа без ручного вмешательства контролера. Изображение, получаемое с камеры микроскопа в процессе непрерывного осмотра всей рабочей поверхности детали, передается на экран монитора без рывков и колебаний, что облегчает идентификацию дефектов и исключает вероятность недосмотра участков, на которых они могут присутствовать, – объясняет Игорь Судаков, инженер научно-исследовательской лаборатории трибодиагностики и контактной прочности ПНИПУ.

Политехники отмечают, что на данный момент устройство используется при проведении входного контроля деталей подшипников, предназначенных для испытаний на контактную усталость. Также оно может быть полезно отделам технического контроля, осуществляющими приемочный, входной, периодический и другие виды контролей деталей подшипников качения.

Разработка ученых Пермского Политеха позволяет ускорить проведение осмотра и установку колец подшипника, снизить трудоемкость и повысить качество оптического контроля за счет получения стабильного изображения в процессе непрерывного осмотра всей рабочей поверхности для обнаружения и идентификации дефектов.

Диагностировать можно практически любые конструкции, подверженные разрушению и/или деградации: машины, станки, какие-либо детали оборудования, ракетные, авиационные двигатели, бытовые вещи. Например, при повреждении трубопроводов, дефектоскопия поможет обнаружить трещины, разрывы, задиры, царапины, забоины и вмятины. Для электродвигателей – это дефекты в корпусе, трещины и сколы на подшипниках.

Разработка будет использоваться на предприятиях двигателе- и машиностроения, нефтегазовой, ракетно-космической, авиационной и обрабатывающей промышленностях. У заказчика появится дополнительная возможность с наименьшими потерями произвести текущий или капитальный ремонт производственных объектов, а значит не тратить огромные средства в случае их отказа в период активной работы.

Самостоятельно разработанная учеными ПНИПУ библиотека нейронных сетей позволяет полностью контролировать программный код. Авторский алгоритм дает возможность в значительной степени упростить и ускорить процедуру получения системы диагностики повреждений в 2-3 раза и больше. Например, дефектоскопия двигателя сейчас занимает 20-30 минут, а будет пять.

– Наше приложение использует передовые технологии нейронных сетей для эффективной визуальной дефектоскопии. Это обеспечивает более высокую точность по сравнению с традиционными методами. Благодаря мобильной платформе, пользователи могут проводить ее в любое время и в любом месте, что повышает их производительность и оперативность реагирования на проблемы. Любой желающий может скачать приложение бесплатно и проверить его работу на тестовой нейронной сети, но с ограниченным функционалом и обученной на малом объеме данных. Ориентировочная стоимость полного доступа ко всем нейронным сетям и функционалу приложения 2000 руб/месяц, – поделился студент электротехнического факультета ПНИПУ Иван Пашков.

– Дефектоскопия будет осуществляться без необходимости вручную настраивать параметры или проводить сложные операции. Это значительно упростит процесс и уменьшит время на обработку данных. Интуитивно понятный интерфейс и автоматизированный процесс анализа делают продукт доступным даже для пользователей без специальных технических знаний и дополнительного обучения. Наше решение предлагает российским компаниям инновационный инструмент, разработанный внутри страны, что уменьшает зависимость от импорта и укрепляет национальную промышленность и технологический суверенитет, – дополнил кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электромеханики ПНИПЦУ Григорий Килин.

Разработка ученых Пермского Политеха станет важным инструментом для обеспечения надежности и безопасности производственных процессов. Она поможет в эффективном техническом обслуживании оборудования, предотвращении аварий и улучшении безопасности, мониторинге и диагностике состояния электрооборудования. Приложение улучшит качество и продуктивность работы на предприятии, а также способствует развитию отечественной индустрии в стране.

При строительстве линий электропередач, нефтяных и газовых трубопроводов, опор, колонн и мостов используют металлические конструкции, на которые распределяется вся нагрузка объекта. От их качества во многом зависит долговечность и безопасность всего сооружения. Поэтому необходим постоянный контроль состояния металлоконструкций, чтобы своевременно выявить возникающие дефекты и быстро предотвратить возможные аварии и другие проблемы в эксплуатации в будущем. Молодые ученые Пермского Политеха разрабатывают робота, который контролирует и обслуживает объект на месте. Встроенная система диагностики обеспечит высокую точность и достоверность результатов, что значительно облегчит работу сотрудников промышленных предприятий и в 2 раза повысит эффективность предотвращения чрезвычайных ситуаций.

Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030», а также по соглашению с Фондом содействия инноваций в рамках программы студенческий стартап.

Металлоконструкции и важные металлические емкости на производстве проверяются на различные параметры, например, на геометрические размеры и форму, качество поверхности, наличие трещин, пустот и других дефектов в структуре. Контроль качества таких сооружений должен проводиться на всех этапах реализации: от создания до эксплуатации.

Для обнаружения внешних дефектов используют визуальный осмотр, который помогает определить, нет ли на изделии крупных повреждений, трещин и сколов. Но это очень затратный по времени и не особо эффективный процесс. А методы неразрушающего контроля, например, ультразвуковое исследование, позволяют обнаружить внутренние дефекты, такие как пустоты, включения посторонних соединений и другие аномалии в металлических объектах. Ультразвуковые волны проходят через тестируемую конструкцию и отражаются от внутренних дефектов, определяя их местоположение. В дальнейшем их можно проанализировать и исправить.

Студенты Пермского Политеха разрабатывают робота, который не только проведет контроль состояния таких изделий с помощью ультразвука и вибраций, но и обработает поверхности металлоконструкций от коррозии и легких механических повреждений. Автоматизированное устройство значительно упростит процесс проверки сооружений, сэкономит время, финансы и повысит эффективность предотвращения аварий более чем в 2 раза.

– Установленные магнитные колеса позволяют нашему роботу перемещаться по вертикальным и горизонтальным поверхностям металлических конструкций. С помощью камеры и антенны осуществляется связь с оператором и автономное управление. А аккумуляторы общей емкостью 200 Вт/ч обеспечивают до 5 часов работы, – рассказывает студент аэрокосмического факультета ПНИПУ Максим Шестаков.

В зависимости от поставленной задачи устройство оснащается датчиками ультразвукового (электромагнитно-акустического типа) или вибрационного контроля, которые проводят проверку внутренних дефектов емкостей и металлоконструкций. Также можно установить пульверизатор с резервуаром для антикоррозийной жидкости или электрический инструмент для механической обработки поверхностей.

Диагностировать и прогнозировать состояние объекта позволяет специальный датчик – электромагнитный акустический преобразователь (ЭМАП), он принимает и преобразовывает ультразвуковые волны. По словам политехников, такой инновационный подход к контролю качества инфраструктуры обеспечивает высокую точность и достоверность результатов диагностики.

– Наше изобретение полезно для нефтегазоперерабатывающих предприятий с большим количеством металлических емкостей, трубопроводов и платформ, требующих регулярного контроля и обслуживания. Компании, работающие в области производства и обработки металлов, также могут заинтересоваться роботом для проверки инфраструктурных объектов и оборудования. А строительные и подрядные фирмы – использовать его для металлических конструкций мостов, зданий и других сооружений, – объясняет студент аэрокосмического факультета ПНИПУ Белобородов Филипп.

Студенты ПНИПУ разработали робота, который выполняет не только функции неразрушающего контроля, но и обеспечивает обслуживание различных промышленных металлических сооружений. Это делает его более эффективным инструментом по сравнению с устройствами, специализирующимися только на одной функции. Разработка позволит своевременно и точно выявить дефекты важных объектов на производстве, что повлияет на их долговечность и предотвратит возможные аварии.