CC BY
71
сии (ЛМР) был реализован в новой версии программного комплекса автоматизации процесса построения регрессионных моделей (ПК АППРМ) [8] и позволил существенно расширить его возможности. Включение алгоритма в данный комплекс предоставляет пользователям возможность построения ещё более точных математических моделей, по которым, в отличие от предыдущей версии, можно судить о характере и степени совместного влияния независимых факторов на выходную переменную.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Носков С. И. Технология моделирования объектов с нестабильным функционированием и неопределенностью в данных. Иркутск : Облинформпечать, 1996. 320 с.
2. Сенин А. Методы отбора переменных в регрессионные модели [Электронный ресурс] // Технологии анализа данных. URL :
http://www.basegroup.ru/library/analysis/regression/feat ure_selection/ (дата обращения 2.02.2011).
3. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ : в 2 кн. М. : Финансы и статистика, 1986. Кн.
1. 366 с.
4. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ : в 2 кн. М. : Финансы и статистика, 1987. Кн.
2. 351 с.
5. Липский В. Комбинаторика для программистов. М. : Мир, 1988. 200 с.
6. WolframMathWorld [Электронный ресурс]. URL : http://mathworld.wolfram.com/StirlingNumberoftheSec ondKind.html (дата обращения 17.01.2011).
7. WolframMathWorld [Электронный ресурс]. URL : http://mathworld.wolfram.com/Inclusion-ExclusionPrinciple.html (дата обращения 19.01.2011)
8. Базилевский М. П., Носков С. И. Технология организации конкурса регрессионных моделей // Информационные технологии и проблемы математического моделирования сложных систем. Иркутск : ИрГУПС, 2009. Вып. 7. С. 77-84.
УДК 62-233.2 Дороничев Александр Владимирович,
аспирант, кафедра «Станции, узлы, технология грузовой и коммерческой работы», Дальневосточный государственный университет путей сообщения, тел. 89141829202 (моб.), 407671 (раб.), force_reason@mail.ru Константинов Константин Витальевич, к. т. н., доцент, кафедра «Электроника, электромеханика и электропривод» Дальневосточный государственный университет путей сообщения 631709 (моб.), const@festu.khv.ru
ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ВИБРОДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ И ПЛАНИРОВАНИЯ РЕМОНТОВ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ ПО ТЕКУЩЕМУ ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ НА ОСНОВЕ ВНЕДРЕНИЯ ВЕЙВЛЕТ-ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
A. V. Doronichev, K. V. Konstantin
EXPERT SYSTEM FOR VIBRODIAGNOSTING ROTATING BEARINGS STATUS AND REPAIR PLANNING IN CONNECTION WITH CURRENT TECHNICAL
CONDITIONS ON THE BASIS OF WAVELET-TECHNOLOGIES INTRODUCTION IN THE FIELD RAILWAY TRANSPORTATION OBJECTS
Аннотация. В статье рассмотрены пер- узлов колесно-редукторных блоков и электродви-спективы использования вейвлет-технологий для гателей локомотивов, обнаружения дефектов оценки технического состояния подшипниковых подшипников качения на самых ранних стадиях их
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
развития. Приведен графический пример вейвлет-преобразования реальных сигналов, полученных с помощью стационарной системы вибрационной диагностики КПА-1В колесно-редукторных блоков локомотивов ЭП-1 и ВЛ-80 в процессе ежемесячного осмотра и обслуживания в локомотивных депо Смоляниново, Хабаровска и Комсомольска-на-Амуре.
Ключевые слова: вибродиагностика, не-разрушающий контроль, вейвлет.
Abstract. In the article we considered prospects of discrete wavelet-transformation use for estimation of a bearing knots of wheel-geared blocks and electric motors of locomotives technical condition, rolling bearings defects detection at the earliest stages of their development. The graphic example of real signals received by means of stationary of vibrating diagnostics system КПА-1В for wheel-geared blocks of locomotives ЭП-1 and ВЛ-80 in the course of monthly survey and service in locomotive depots Smoljaninovo, Khabarovsk and is resulted Komso-molsk-on-Amur wavlet-transformation is given.
Keywords: vibrodiagnostic, nondestructive control, wavelet.
Практикуемые в настоящее время способы контроля параметров технического состояния машин и механизмов (при эксплуатации и ремонте) предполагают полную или частичную разборку оборудования [2, 3]. Эта процедура нарушает приработку узлов и сокращает срок безаварийной службы.
Ущерб, причиняемый периодическим профилактическим осмотром (ремонтом) механического оборудования во время эксплуатации, столь велик, что одной из первостепенных проблем в различных областях техники стала проблема перехода от эксплуатации по заранее назначенному ресурсу к эксплуатации и техническому обслуживанию механизмов по данным систематического безразборного контроля параметров технического состояния и результатам диагностирования. Эта технология, известная под названием «эксплуатация и обслуживание по состоянию», призвана устранить неожиданные поломки, обеспечить надежную работу механизмов и экономию средств [4]. Здесь источником достоверной информации о техническом состоянии узлов машин и механизмов является виброакустический сигнал, изменения свойств которого коррелированы с изменением параметров технического состояния, вызванного физическим износом узлов, изменением геометрических размеров деталей, уходом параметров регулировок и т. д. Также методы виброаку-
стической диагностики позволяют не только выявить уже развившуюся неисправность и предотвратить катастрофические разрушения моторно-якорных подшипников тяговых двигателей локомотивов, но и обнаружить развивающийся дефект на очень ранней стадии, что дает возможность прогнозировать аварийную ситуацию и обоснованно планировать сроки и объем ремонта оборудования.
Известно, что подшипники качения являются одними из наиболее распространенных элементов машин и механизмов подвижного состава. Они работают в широком диапазоне климатических условий (большие перепады температур, влажности) при больших переменных нагрузках. Подшипники относятся к лимитирующим узлам подвижного состава и в основном определяют эксплуатационные показатели изделий, в частности их надежность, а в ряде случаев являются причиной аварийных отказов с риском для жизни обслуживающего персонала, с большими экономическими потерями (количество порч и неисправностей для якорных подшипников электровозов на 1 млн км пробега колеблется от 0,44 до 3,68). Анализ статистических данных по неисправностям тяговых двигателей электровозов, выявленных в процессе ремонта, позволил установить, что 15 % неисправностей приходится на повреждения мотор-но-якорных подшипников, а именно отказам подвержены подшипники качения [4].
Вышесказанное обусловливает актуальность диагностирования состояния подшипников методами безразборного контроля. Решение проблемы раннего диагностирования подшипников позволит в локомотивном хозяйстве сократить объем ремонтных работ и, соответственно, снизить затраты на производство ТР и ТО на 25 %, за счет повышения качества ремонта увеличить пробеги между ТР-1 и ТО-3, сократить количество ТР-2, заменив их на ТР-1 [6]. Снижаются затраты и на неплановые ремонты за счет обоснованного прогнозирования сроков безотказной работы оборудования и назначения их ресурса в соответствии с фактическим состоянием подшипниковых узлов.
Основное назначение разработанного программного комплекса вибродиагностики и планирования ремонтов - повышение надежности работы вращающегося оборудования. Это достигается за счет оперативной оценки текущего технического состояния оборудования, своевременного выявления дефектов, оптимального планирования сроков проведения ремонтов.
Основная цель внедрения разработанной программы на основе вейвлет-технологий - реали-
зация системы обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию, в соответствии с которым обслуживание проводится только в том случае и в том месте, где оно оказывается абсолютно необходимым.
Программный комплекс предназначен для использования эксплуатационным и ремонтным персоналом в локомотивных депо:
• контроля текущего технического состояния роторного (вращающегося) оборудования с отслеживанием динамики развития неисправностей;
• определения возможности дальнейшей эксплуатации оборудования без ремонта;
• подготовки информации о необходимых регламентных и ремонтных работах, их объеме и сроках проведения.
Система измерения и анализа вибрации на базе виртуального анализатора может работать в автономном режиме и в тяжелых промышленных условиях. Вид пользовательского графического интерфейса пользователя виртуального анализатора на основе вычислительной среды MATLAB [1] представлен на рис. 1, который обеспечивает представление и визуализацию данных и результатов в удобной и наглядной форме. В основе используемых процедур лежит относительно новая теория разложения сигналов по специальным функциям - всплескам (wavelet), главные особенности которых - ограниченность во времени, самоподобие и компактная локализация энергии по времени и частоте.
Рис. 1. Рабочий экран программы
Программа состоит из четырех разделов:
- «обработка» сигналов одним из шести видов вейвлетов (Хаара, Добеши, омлеты, койфле-ты, биортогональные, Мейера) с выбором диапазона сигнала (на рис. 2);
- «поиск аномалии» - автоматизированный анализ с выборкой первого признака зарождающегося дефекта;
- «коэффициенты» - дискретное wavelet-преобразование на уровни преобразования по выбору пользователя (рис. 3);
- «фурье» - спектральный анализ на базе быстрого преобразования Фурье.
Рис. 2. Обнаружение аномалий в сигнале на уровне шума с разложением по аппроксимирующим и детализирующим коэффициентам первого порядка
В качестве загружаемых данных могут использоваться сигналы, введенные извне в виде звукового файла wav или с помощью звуковой карты, а также полученные с помощью пьезоэлектрических преобразователей.
Дискретное wavelet-преобразование (рис. 3) исключительно изящно и практически удобно представлено на основе теории цифровой фильтрации. Используются два особым образом сконструированных КИХ-фильтра и прореживание по времени: сигнал пропускается через два фильтра высокой и низкой частоты с передаточными функциями Н^) и G(z) соответственно и одинаковой нормированной частотой среза, равной л/2. В результате фильтрации в два раза уменьшаются ширина спектра каждого сигнала на выходах фильтров и частота дискретизации высокочастотной и низкочастотной составляющих. Затем отсчеты высокочастотной составляющей, называемые wavelet-коэффициентами, запоминаются, а с низкочастотной составляющей происходит аналогичная операция. Это означает, что на каждом этапе происходит фильтрация низкочастотной составляющей, полученной на предыдущем этапе разложения, то есть разделение исходного спектра на
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
две составляющие: низкочастотную и высокочастотную.
Сохранения wavelet-коэффициентов на диске происходит в папке с установленной программой.
Рис. 3. Пример окна обработки виброакустического сигнала неисправного подшипника качения правой буксы моторно-якорного блока электровоза ВЛ-80 в режиме графического вывода всех коэффициентов разложения
Регулярное проведение измерений вибрации оборудования позволяет выявлять неисправности на ранней стадии возникновения, отслеживать динамику их развития, определять рациональные сроки проведения ремонтов.
Один сотрудник за месяц в условиях компактно расположенного локомотивного хозяйства может при помощи программного комплекса и переносного виброметра с памятью контролировать вибрацию на 200 типовых агрегатах (два механизма на агрегате - 4 подшипника), заносить сведения в компьютер, получать диагнозы по состоянию, готовить информацию для принятия решений о сроках проведения ремонтов и составе ремонтных работ. Два сотрудника могут контролировать вибрацию на 500 агрегатах.
Внедрение программного комплекса дает реальный экономический эффект: на ряде локомотивных депо достигается уменьшение числа ремонтов и обслуживаний до десяти раз при сниже-
нии общей стоимости проводимых ремонтов в четыре раза. Это, конечно, экстремальные значения, а в среднем достигается уменьшение количества ремонтов в 2-4 раза. К примеру, такая довольно частая неисправность локомотива, как заклинивание якоря тягового двигателя, приводит к разрушению опорных подшипников - ремонт обходится в триста тысяч рублей.
Внедрение в локомотивных депо программного комплекса в уже существующие системы вибродиагностики обслуживания по фактическому состоянию способствует:
• увеличению времени между ремонтами -и, как следствие, росту производительности и снижению затрат на проведение ремонтов;
• предотвращению прогнозируемых поломок, что способствует повышению надежности работы;
• устранению вторичных поломок, например поломки редуктора из-за неисправностей подшипника;
• устранению ненужного расхода деталей, исключению замены еще исправных деталей;
• уменьшению объема запасных частей, так как заранее известны номенклатура и количество необходимых деталей и запасных частей;
• уменьшению общей продолжительности ведения ремонтных работ, так как все необходимые работы планируются заранее.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. СПб. : Питер, 2002. 608 с.
2. А. С. 2133454, G01M13/04, 20.07.1999. Захаров С. И. Способ диагностики подшипников качения.
3. Коллакот Р. Диагностика повреждений : пер. с англ. М. : Мир, 1989. 512 с.
4. ГОСТ ИСО 5347-0-95. Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара.
5. Ликеш И., Ляга Й. Основные таблицы математической статистики : пер. с чешск. М. : Финансы и статистика, 1985. 345 с.
6. Локомотив : ежемес. производственно-техн. науч.-попул. журн. [Электронный ресурс]. 2003. № 6. URL : www.rzd.ru (дата обращения 01.03.2011).
7. Евразия Вести : междунар. информ.-аналит. обозрение. [Электронный ресурс]. 2005. № 7. URL : http://www.eav.ru.
