ПРИЛОЖЕНИЕ E

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет имени И.С.

ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТРИБОУЗЛА СО СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМОЙ ДЕТАЛЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ЭНДОПРОТЕЗА ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА C ПАРОЙ ТРЕНИЯ «МЕТАЛЛ-МЕТАЛЛ») МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТРИБОУЗЛА СО СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМОЙ ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОРЕЗИСТИВНЫМ МЕТОДОМ

Орёл. 2019

Методика

диагностирования трибоузла со сферической формой деталей электрорезистивным методом (на примере эндопротезов тазобедренного сустава с парой трения «металл-металл»)

Данная методика распространяется на трибоузлы со сферическими формами деталей с парой трения «металл-металл» и предназначается для диагностирования эндопротезов тазобедренных суставов с парой трения «металл-металл» на этапе трибоиспытаний и экспериментальных исследований по подбору новых материалов с целью оценивания состояния поверхностей.

1 Требования безопасности

1.1 Лица, проводящие диагностирование, должны быть ознакомлены с правилами (условиями) безопасной работы основных и вспомогательных средств, указанными в эксплуатационной документации на них и пройти инструктаж по технике безопасности.

1.2 При проведении диагностирования соблюдать требования безопасности в соответствии со следующими документами:

- правилами безопасности труда, действующими на объекте;

- правилами технической эксплуатации электроустановок (ПТЭ).

1.3 Доступ к средствам измерений и обслуживаемым элементам оборудования должен быть свободным.

1.4 Все работы по монтажу и демонтажу элементов коммутации выполнять при неработающем испытываемом объекте испытания.

1.5 Конструкция соединительных компонентов эндопротеза тазобедренного сустава и механоэлектронных средств должна обеспечивать надежное крепление и фиксацию в течение всего времени диагностирования.

2 Требования к квалификации персонала

К проведению диагностирования и обработке результатов измерений допускают лиц, изучивших настоящую методику.

3 Диагностические параметры

В качестве диагностических параметров используются:

1) среднее сопротивление во время испытаний и среднее сопротивление от среднего по их окончанию:

где N - количество наблюдений.

2) коэффициент коррелляции Пирсона:

где- массивы 2-х восстановленных сигналов из общего,

соответствующих гармонике с частотой одного полного оборота чашки эндопротеза и всем составляющим, кроме частоты оборота чашки эндопротеза;

- коэффициент ковариации двух сигналов; σ (x_i) - стандартное отклонение восстановленного сигнала из общего,

соответствующего одному обороту; σ( y_i) - стандартное отклонение восстановленного сигнала из общего, соответствующего всем составляющим, кроме частоты оборота чашки.

3) дифференциальный параметр S:

207

- площадь значений в дифференциальной функции, соответствующей диапазону:- нижний порог

моделируемого сопротивления поверхности без дефекта.

4 Условия диагностирования

В качестве рабочей среды используется воздух

- температура 0 - 40 °C;

- относительная влажность не более 80 %;

- атмосферное давление 84,0 - 106,7 кПа (630-800 мм рт.

5 Оборудование для диагностирования - стенд для испытаний тазобедренных суставов (патент № 2615599), ЭВМ.

Общие требования к оборудованию: оборудование должно состоять из двигателя, устройства нагружения узла, электронных средств регистрации измерительных сигналов и средств коммутации с объектом (токосъемные устройства). Двигатель должен обеспечивать вращение вала испытываемого объекта с заданной частотой вращения. Устройство нагружения должно создавать характер (циклический) нагружения с заданной амплитудой одного из компонентов трибообъекта. Электронные средства диагностирования должны осуществлять измерение значений информативных параметров и регистрацию данных. Средства коммутации должны обеспечивать надежный электрический контакт электронных средств диагностики с элементами испытываемого объекта.

Требования к двигателю:

- диапазон устанавливаемых частот вращения двигателя должен перекрывать диапазон эксплуатационных частот работы диагностируемых типов трибообъектов;

- двигатель должен быть снабжен изолирован от вращающегося вала диагностируемого трибообъекта.

Требования к устройству нагружения: устройство нагружения должно обеспечивать возможность создания цциклического характера нагружения с заданной амплитудой.

Минимальное нормированное значение нагрузки (силы, действующей на испытываемый трибообъект, определяется условиями эксплуатации).

Требования к электронным средствам диагностирования:

- значение измеряемых параметров рекомендуется оценивать системой, применяемой в соответствующем испытательном стенде (патент № 2615599) с дополнительной коммутацией ЭВМ.

- диапазон измерения диагностического признака сопротивления должен быть в пределах от 0,02 до 5 Ом.

- частота дискретизации измеряемых информативных сигналов для определения параметров должна без искажения восстанавливать сигнал, соответствующий полному обороту компонента относительно другого при форсированных испытаний (600 об/мин), и составлять не менее 220 кГц.

Требования к средствам коммутации:

- должны обеспечивать надежный электрический контакт электронных средств диагностирования с неподвижными элементами узла (например, корпусом) и подвижными элементами узла (например, валом).

- конструкция средств коммутации должна обеспечивать возможность их оперативной установки на контролируемый узел;

- контакт с неподвижными элементами узла рекомендуется выполнять в виде винтового соединения;

- контакт с подвижным элементом контролируемого узла рекомендуется выполнять в виде скользящего токосъемника.

2 Подготовка к диагностированию

Подготовка заключается в выполнении следующих действий:

- внешний осмотр испытываемого трибообъекта;

- подключение электронных средств диагностирования через средства коммутации к неподвижным и подвижным элементам узла;

- подготовка двигателя и электронных средств диагностирования согласно рекомендациям эксплуатационной документации на них.

3 Алгоритм диагностирования трибоузла со сферической формой деталей:

1) подключают устройства нагружения и средства диагностирования к испытываемому трибообъекту;

2) устанавливают требуемое значение нагрузки;

3) устанавливают требуемое значение оборотов вала;

4) осуществляют регистрацию значений электрического сопротивления во время испытаний в виде массива данных;

5) параллельно производят обработку полученных значений сопротивлений на ЭВМ, дополнительно составляют диагностическую карту испытываемого трибообъекта.

4 Обработка результатов измерений

1) Проводится вейвлет-анализ сигнала электрического сопротивления, цифровая фильтрация высокочастотных шумов.

2) Вычисляется среднее сопротивление во время испытаний и среднее от среднего по их окончанию.

3) Находится коэффициент корреляции Пирсона в соответствии с вейвлет- анализом сигнала во время испытаний и среднее значение корреляции Пирсона по их окончанию.

4) Находится дифференциальный параметр S во время испытаний и среднее значение по их окончанию.

5) Составляется диагностическая карта испытания трибообъекта, в которую заносятся условия испытания, их время, график изменения сопротивления в

каждый момент времени и диагностические параметры, соответствующие измерительному сигналу.

6) На основе диагностической карты и полученных диагностических параметров заключается вывод о поверхности трибообъекта.

5 Требования к представлению результатов диагностики

Результаты должны содержать следующие данные:

- дату проведения диагностирования;

- наименование исследуемого трибообъекта: условное обозначение, стандарт;

- конструктивные параметры триообъекта: диаметры трущихся поверхностей;

- материалы из которых изготовлены компоненты трибообъекта;

- вид и количество (объем) смазочного материала;

- амплитуда нагружения;

- наименование электронных средств диагностирования;

- значения измеряемых параметров;

- диагностическая карта сигналов трибообекта;;

- заключение о результатах.