CC BY
37
Список литературы:
1. Щербакова Н.Ф. Сборник рефератов изобретений и полезных моделей автора С.М. Ждановой / Сост.: Н.Ф. Щербакова, В.В. Коробко; под ред. Н.Ф. Щербаковой. - Хабаровск: ДВГУПС, 2012. - 24 с.
2. Симвулиди И.А. Расчет балок на упругом основании (приближенный метод) // Советская наука. - М., 1955. - 96 с.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ МЕТОДОМ «ПИК-ФАКТОР»
© Чуйков Р.И.1, Никитин Ю.Р.2
Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, г. Ижевск
В статье рассмотрены метод диагностики состояния подшипников качения по пик-фактору. Был разработан стенд для испытаний. Создана программа для вывода значения Пик-фактора и графика зависимости ПИК/СКЗ.
Ключевые слова: диагностика, ПИК-ФАКТОР, подшипник качения, стенд, вибродиагностика.
Диагностика - область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта.
Диагностирование - определение технического состояния объекта.
Задачи диагностики:
Применительно к средствам оценки технического состояния модулей можно выделить три типа задач:
- контроль измеряемых параметров;
- идентификация неисправности оборудования;
- прогноз изменения технического состояния модулей.
Подшипник качения является самым распространенным и наиболее уязвимым элементом любого роторного механизма. Подшипники осуществляют пространственную фиксацию вращающихся роторов и воспринимают основную часть статических и динамических усилий, возникающих в механизме.
Поэтому техническое состояние подшипников является важнейшей составляющей, определяющей работоспособность механизма в целом.
1 Магистрант кафедры «Мехатронные системы».
2 Кандидат технических наук, доцент.
Для оценки технического состояния и диагностики подшипников качения в данном случае мы будем использовать следующий метод:
Метод ПИК-ФАКТОРА
Суть метода Пик-Фактора состоит в том, что наличие даже зарождающихся дефектов в подшипнике приводит к появлению высокочастотных ударных импульсов и, следовательно, к увеличению уровней пиков амплитуд в высокочастотном сигнале вибрации, при этом его среднеквадратичные уровни, в общем случае, могут даже оставаться неизменными.
Рост значения ПФ, превышающий некоторый пороговый уровень, свидетельствует о возникновении единичных ударных импульсов (например: микроудары тел качения о раковину на внутренней кольце подшипника), а последующее снижение уровня ПФ говорит о появлении большого количества ударных импульсов, опасных для дальнейшей эксплуатации подшипника.
Для оценки технического состояния подшипника с помощью данного метода используют простейший виброметр позволяющий измерять два параметра вибрации:
1. Среднеквадратичное значение (СКЗ) амплитуды виброускорения, то есть энергию вибрации;
2. Пиковое значение (ПИК) амплитуды виброускорения (положительную, отрицательную или размах значения не имеет.
аскз
Отношение двух параметров ПИК к СКЗ называется Пик-Фактором. В случае отсутствия ударных импульсов величина пик-фактора высокочастотной вибрации подшипника качения меньше 3-5, а при наличии ударных импульсов этот показатель может быть даже выше 10. Принцип действия метода ударных импульсов можно проиллюстрировать на примере высокочастотных временных сигналов вибрации (рис. 1).
Следует запомнить, что на величину ПФ влияет выбор временного интервала формы сигнала для ее анализа. Как правило, он не должен быть меньше 10 полных оборотов вала машины или механизма. На рисунке исследуемый временной интервал выделен зеленым цветом, выше графика вы видите, какое значение в этом интервале принимает ПФ и СКЗ. Если при выборе интервала значение ПФ < 3, то интервал следует увеличить.
Механизм изменения контролируемых параметров вибрации по мере развития дефекта в подшипнике показан на рис. 2. Сначала по мере появления и развития дефекта в подшипнике нарастает параметр ПИК а СКЗ меняется очень мало, поскольку отдельные очень короткие амплитудные пики практически не меняют энергетические характеристики сигнала.
а)
Ь)
Рис. 1. Временная форма вибросигнала подшипника качения: а) в исправном состоянии;
Ь) с раковиной на поверхности внутреннего кольца
Далее, по мере увеличения амплитуды и количества пиков, начинает увеличиваться энергия сигнала, возрастает СКЗ вибросигнала. Из-за временного сдвига между ПИК значением амплитуды и СКЗ ПИК-Фактор будет иметь явно выраженный максимум на временной оси. На этом основывается метод ПФ. Экспериментально установлено, что в среднем временной интервал от момента прохода ПФ через максимум до выхода из строя подшипника соответствует его остаточному ресурсу порядка 2-3 недель (на графике красная зона).
Зависимость ПИК и СКЗ.
Если изобразить результаты измерений на графике, мы увидим зависимости, показанные на рис. 3. По мере появления и развития дефекта нарас-
тает функция ПИК, а СКЗ меняется очень мало, поскольку отдельные очень короткие амплитудные пики практически не меняют энергетические характеристики сигнала.
Параметры вибрации
2-3 недели
Рис. 2. Изменение параметров вибрации по мере развития дефекта в подшипнике
В дальнейшем, по мере увеличения амплитуд и количества пиков, начинает увеличиваться энергия сигнала, возрастает СКЗ вибрации.
Отношение ПИК/СКЗ из-за временного сдвига между ними имеет явно выраженный максимум на временной оси. На этом и основывается метод ПИК-фактора.
ПЕК
Рис. 3. Зависимость ПИК/СКЗ
Для проведения диагностики подшипника качения был разработан стенд для испытаний (рис. 4) и разработана программа для расчета ПИК-Фактора.
Рис. 4. Кинематическая схема разработанного стенда
Стенд состоит из электродвигателя - 1, муфты - 2, подшипникового узла - 3, цангового патрона - 4, подшипниковой опоры с испытуемым подшипником - 5, узла радиального нагружения - 6, виброопор - 7, качающейся опоры - 8 и стальной пластины - 9. На опоре подшипника установлены датчики для измерения уровня вибрации подшипника, для гашения вибрации от двигателя и подшипникового узла используются виброопоры. Измерение вибрации подшипника основано на преобразовании радиальных перемещений наружного кольца, возникающих при вращении внутреннего, в электрические колебания, пропорциональные этим перемещениям.
Была разработана программа для расчета отношения пикового значения амплитуды виброускорения к среднеквадратичному значению вибросигнала на основании данных, полученных с микроконтроллера, считывающего информацию о состоянии подшипника с датчика вибраций; обеспечить построение массива данных в виде графика зависимости величин «ПИК» и «СКЗ».
Среда разработки программы: С++ Builder XE6 - программный продукт, инструмент быстрой разработки приложений (RAD), интегрированная среда программирования (IDE), система, используемая программистами для разработки программного обеспечения на языке программирования C++ (язык программирования данного приложения)
В окне меню приложения (рис. 5) расположены три поля:
1. Название измерения - в данное поле необходимо ввести имя файла с информацией, если для расчета будут использоваться ужеимею-щиеся данные;
2. Расположение устройства - вводим наименования порта микроконтроллера, подключенного к компьютеру с ОС Windows, когда требуется считывать данные с датчика;
3. Отношение пикового значения амплитуды виброускорения к среднеквадратичному значению вибросигнала - вывод значения ПИК-ФАКТОРА.
При считывании файла, программа добавляет в массив все имеющиеся в нём точки, параллельно считает сумму квадратов всех чисел, затем делит эту сумму на количество элементов и вычислением квадратного корня из результата находит среднеквадратичное значение. На выходе получаем отношение «пиков» массива к этому значению.
Рис. 5. Меню приложения
Рис. 6. Результат работы программы
Для построения графика зависимости ПИК от СКЗ используем TCanvas (Канва), класс, предназначенный для вывода и хранения графических обьек-тов в C++ Builder. Канва входит в состав большинства визуальных компонентов, кроме стандартных оконных контролов (TButton, TMemo, TPanel и т.п.).
Используем метод Draw (int x,int y, TGraphic *Graphic) - выводит обьект типа TGraphic на канву, начиная рисовать от точки (x, y).
В итоге, после введения необходимых данных в поля, указанные выше, получаем результат в виде графика зависимости ПИК от СКЗ и величины ПИК-ФАКТОРА (рис. 6).
Вывод:
Рассмотрен метод диагностики подшипников качения «пик-фактор»; разработан стенд для испытаний и программа для расчета отношения пикового значения амплитуды виброускорения к среднеквадратичному значению вибросигнала на основании данных, полученных с микроконтроллера, считывающего информацию о состоянии подшипника с датчика вибраций; обеспечено построение массива данных в виде графика зависимости величин «ПИК» и «СКЗ».
Список литературы:
1. Панфилов Ю.В. Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы. - 1988.
2. Боголюбов А.Н. Популярно о робототехнике / А.Н. Боголюбов. -1989.
3. Лекции Никитина Ю.Р. по дисциплине «Системы автоматизированного проектирования»
4. Ресурс http://mehatron.ru/, посвященный мехатронике и робототехнике.
5. Русов В.А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам.
6. Ресурс http://www.vibration.ru/spm/spm.shtml, посвященный вибродиагностике.
