Применение кластерного анализа сигналов акустической эмиссии для измерения износа в узлах трения скольжения

Предложен и экспериментально исследован новый подход измерения износа в узлах трения скольжения на основе применения кластерного анализа сигналов акустической эмиссии, сопровождающих работу трибоузла. Особенностью предлагаемого подхода является учёт в общем износе вклада каждого механизма повреждения узла трения, идентифицируемого в многомерном поле акустико-эмиссионных признаков с привязкой по времени их проявления, что обеспечивает возможность отслеживания динамики изнашивания узла трения непосредственно во время наблюдения (измерения). Исследование проведено методом сравнения применения двух перспективных беспороговых алгоритмов кластеризации акустических данных относительно стандартного амплитудного порогового метода детектирования и идентификации акустико-эмиссионных событий, что позволило получить представление о преимуществах предлагаемого подхода относительно сегодняшнего уровня развития данного вида техники. Результаты показали, что применение многопараметрического кластерного анализа для детектирования типа механизма повреждения (изнашивания) позволяет минимум на 45 % увеличить вероятность обнаружения схватывания поверхностей трения по сравнению с амплитудным пороговым методом, при сохранении вероятности обнаружения задира на том же уровне. Установлено, что предложенный подход позволяет оценить износ без остановки узла трения при среднем расхождении в оценке износа между альтернативными способами измерения износа и предлагаемым в среднем на уровне 16 % на всем протяжении измерений. Полученные результаты позволяют рассматривать предложенный подход как перспективный on-line способ акустико-эмиссионной диагностики и мониторинга технического состояния улов трения скольжения.

1. Способ диагностики фрикционной пары: Патент SU № 1113710 от 14.01.1980 г. / Ю.Н. Пономарев, В.П. Еременко, С.В. Филатов

2. Способ исследования износостойкости твердых тел: Патент SU № 979958 от 12.02.1981г. / А.И. Свириденок, Т.Ф. Калмыкова, О.В. Холодилов, В.А. Смуругов

3. Подураев В.Н., Барзов А.А., Горлов В.А. Технологическая диагностика резания методом акустической эмиссии. — М.: Машиностроение. — 1988

4. Belyi V., Kholodilov O., and Sviridyonok A. Acoustic Spectrometry as Used for the Evaluation of Tribological Systems // Wear. — 1981 (69), no. 3, 309—319

5. Филатов С.В. Акустическая эмиссия при абразивном изнашивании металлов // Трение и износ. — 1982 (3), № 3, 559—562

6. Фадин Ю.А., Козырев Ю.П., Булатов В.П. Оценка потери массы при абразивном изнашивании по данным акустической эмиссии // Трение и износ. — 1999 (20), № 2, 193—196

7. Belas O.M. An Approach to Evaluation of Wear of Friction Couples by the Method of Acoustic Emission // Materials Science. — 2001 (37), no. 1, 103—105

8. Baranov V., Kudryavtsev E., Sarychev G., and Schavelin V. Acoustic Emission in Friction. — Elsevier Science. — 2007

9. Способ непрерывного контроля износа фрикционной пары: Патент RU № 2263891 от 09.03.2004 г. / Ю.П. Козырев, Е.Б. Седакова

10. Matsuoka K., Forrest D., and Tse M.-K. On-Line Wear Monitoring Using Acoustic Emission // Wear. — 1993 (162-164), 605—610

11. Способ диагностики пары трения: патент SU № 1594379 от 30.08.1988г. / Л.И. Бершадский, М.М. Потемкин, В.А. Войтов, И.В. Манкина, В.А. Ляшко, И.А. Жигалов

12. Fadin Yu.A. Application of Acoustic Emissions for Mass Wear Analysis // Journal of Friction and Wear. — 2008 (29), no. 1, 21—23

13. Способ контроля режима трения металлических поверхностей узла трения: Патент SU № 1597694 от 25.11.1988. / И.Г. Носовский, В.Ф. Тесля, В.А. Войтов, О.И. Носовский, О.Н. Белас

14. Rastegaev I.A., Merson D.L., Rastegaeva I.I., and Vinogradov A.Yu. A Time-Frequency Based Approach for Acoustic Emission Assessment of Sliding Wear // Lubricants. — 2020 (8), no. 5, 52

15. Rastegaev I.A., Merson D.L., Danyuk A.V., Afanasyev M.A., and Vinogradov A. Using Acoustic Emission Signal Categorization for Reconstruction of Wear Development Timeline in Tribosystems: Case Studies and Application Examples // Wear. — 2018 (410-411), 83—92

16. Rastegaev I.A., Merson D.L., Vinogradov A.Yu., and Danyuk A.V. Technique for the Determination of the Critical Points under Acoustic Emission Tribological Tests // Inorganic Materials. — 2017 (53), no. 15, 1506—1512