CC BY
24
4. А.С. № 1638869 Планетарная мельница. / Неверов П.П., Каминский Ю.Д., Макаров Е.И., Сидоров В.В. Дата рег. 01.12.1990. Бюл. 16.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
12 3
Ярешко А.И. , Яблоков А.Е. , Генералов А.С. Email: [email protected]
1Ярешко Александр Игоревич - магистрант; 2Яблоков Александр Евгеньевич - доцент; 3Генералов Александр Сергеевич - магистрант, кафедра прикладной механики и инжиниринга технических систем, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский государственный университет пищевых производств,
г. Москва
Аннотация: методы вибрационного диагностирования позволяют по параметрам вибрации определять наличие и степень развития дефекта технологического оборудования. С целью повышения достоверности диагноза разрабатываются методы цифровой фильтрации исходного сигнала. Применение методов цифровой фильтрации и спектрального анализа позволяет выявлять дефекты с малой энергией колебаний. Разработанные методы обработки сигнала используются в стационарной системе мониторинга оборудования СТМ-12Т.
Ключевые слова: вибрационная диагностика оборудования, система технического мониторинга, спектральный анализ вибрации.
IMPROVEMENT OF METHODS OF VIBRATION DIAGNOSTICS OF FOOD PRODUCTION EQUIPMENT
1 2 3
Yareshko A.I. , Yablokov A.E. , Generalov A.S.
1Yareshko Alexander Igorevich - Master Student; 2Yablokov Alexander Evgenievich - Associate Professor; 3Generalov Alexander Sergeevich - Master Student, DEPARTMENT OF APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING OF TECHNICAL SYSTEMS, FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION MOSCOW STATE UNIVERSITY OF FOOD PRODUCTION, MOSCOW
Abstract: vibration diagnostics methods make it possible to determine the presence and degree of development of a defect in technological equipment by vibration parameters. In order to improve the reliability of the diagnosis, methods of digital filtering of the original signal are being developed. The use of digital filtering and spectral analysis methods makes it possible to detect defects with low vibration energy. The developed signal processing methods are used in the STM-12T stationary equipment monitoring system.
Keywords: vibration diagnostics of equipment, technical monitoring system, spectral analysis of vibration.
УДК 681.518.5
Методы вибродиагностики широко используются в различных отраслях промышленности. Однако на предприятиях пищевых производств методы технического диагностирования еще не нашли широкого применения из-за отсутствия сложности
процедуры определения технического состояния объекта контроля по параметру его вибрации [1]. Еще одним сдерживающим фактором является недостаточно высокая достоверность диагноза вследствие большой зашумленности вибросигнала от соседних узлов и агрегатов. Это не позволяет выявить дефекты узлов с малой энергией колебаний, таких как подшипники качения, муфты.
Для повышения соотношения полезный сигнал/помеха предлагается использовать такие методы обработки сигнала как фильтрация и спектральный анализ [2].
Для решения задачи фильтрации полезного сигнала в настоящее время используются различные аналоговые и цифровые фильтры. При этом, частоту пропускания фильтра необходимо настраивать таким образом, чтобы сохранить полезную составляющую сигнала, которая несет информацию о дефекте узла. Примером осуществления фильтрации во временной области является применение методов временного усреднения на основе фильтров скользящего среднего [3]. Общая форма фильтра скользящего среднего выглядит следующим образом:
N
у(п) = ^dkx(n-k)?,k = 0,1,2,..., N.
к=О
Здесь у(п) и х(п) - дискретизированные сигналы на входе и на выходе, N- порядок фильтра, - весовые коэффициенты. В данном случае используется несколько отсчетов вибросигнала по оси времени и для получения выходного сигнала в различные моменты времени, временное окно отсчетов сдвигается вдоль оси времени. Процедура фильтрации синела может быть реализована как аппаратными, так и программными средствами.
Спектральный анализ сигналов основан на анализе спектра при его частотном представлении. Перевод сигнала из временной области в частотную осуществляется путем преобразования Фурье на основе базиса синуса. Спектральный анализ вибрационного сигнала позволяет отслеживать величину амплитуды вибросигнала на определенных, детерминированных с дефектом частотах. Спектральный анализ вибрации является более информационно-емким, т.к. позволяет анализировать колебания машины в широком частотном диапазоне [4].
Для отработки различных методов обработки вибросигнала в ФГБОУ ВО «МГУПП» проведены натурные исследования на экспериментальной установке (рис. 1, а). Исследования проведены для двух технических состояний шарового подшипника качения серии 6204 ротора установки: «эталонное» состояние и «локальный дефект внешнего кольца подшипника». Эталонное состояние соответствует новому подшипнику. Имитация дефекта подшипника 6204 была создана с использованием сверла 4 мм, сквозное отверстие выполнено во внешнем кольце подшипника (рис. 1, б).
В данном подшипнике используется шариковые тела качения в количестве восьми штук. Шарики, двигаясь по дорожке качения внешнего кольца будут попадать на отверстие, которое имитирует выкашивание дорожки качения.
Горизонтальный вал в подшипниковых опорах вращается от электродвигателя посредством кулачковой муфты. Управление частотой вращения двигателя осуществляется с помощью частотного преобразователя переменного тока.
Общий вид лабораторной установки для испытания данного прибора представлен на
рисунке 1.
Рис. 1. а) Общий вид экспериментальной установки для испытания системы технического мониторинга СТМ-12Т: 1 - экспериментальная установка; 2 - совмещённые датчики вибрации и температуры; 3 - датчик числа оборотов; 4 - датчик шума; 5 - прибор СТМ-12Т; 6 - датчик тока;7 - частотный преобразователь. б) и дефектного подшипника
Измерения вибрации проводились с помощью разработанного в МГУПП измерительного прибора СТМ-12Т [5] (рис. 2). Параметры колебаний подшипниковой узла измерялись с помощью цифровых датчиков виброускорения (акселерометра) на базе микросхемы ADXL345. В приборе реализованы следующие виды обработки измеренного сигнала:
• низкочастотная фильтрация ФНЧ с полосой пропускания 1000 Гц;
• высокочастотная фильтрация ФВЧ с полосой пропускания 2 Гц;
• численное интегрирование сигнала для перевода вибрации из размерности виброускорения в виброскорость;
• расчет спектра сигнала методом БПФ в полосе от 10 до 800 Гц с разрешением 128 точек.
Рис. 2. Измерительный прибор СТМ-12Т для анализа вибраций
На рис. 3, а показан спектр виброскорости нового подшипника качения серии 6204 спектр подшипника с дефектом внешней дорожки качения (рис. 3, б).
Рис. 3. Зависимость спектров колебаний подшипника от дефекта: а - подшипник без дефекта; б -
подшипник с дефектом внешнего кольца
Из графиков видно, что наиболее информативным частотным диапазоном спектра являются значения от 2 до 400 Гц, поэтому дальнейший анализ спектров вибрации будет проходить на данных частотах. На рис. 4 показана зависимость усредненных значений спектров вибрации лабораторной установки частоте вращения ротора экспериментальной установки пр= 2000 об/мин. На рис. видно, что в спектрах доминируют колебания на частоте вращения ротора (33 Гц), что связано с остаточной неравноценностью ротора. Сравнительный анализ спектров «эталонного» (нового) и дефектного подшипника показал, что имеются существенные различия в значениях амплитуд спектров на частотах 20, 60 и 120 Гц. Причем амплитуда колебаний на частоте 120 Гц для дефектного подшипника практически в два раза больше чем у эталонного и составила 2,3 мм/с. Это позволяет сделать вывод о детерминированной зависимости спектра сигнала с дефектом внешнего кольца подшипника.
Новый подшипник Дефектный подшипник
О 50 100 150 200 250 300 350 400
Рис. 4. Зависимость усредненных значений спектров вибрации подшипников от технического
состояния
Заключение. Исследования параметров вибрации подшипника качения при его различном техническом состоянии показали, что спектральный анализ колебаний позволяет выявить тонкие различия в вибросигнале, которые появляются от дефектов с малой колебательной энергией. Неисправный подшипник характеризуется повышением амплитуды колебаний на частотах 20, 60 и 120 Гц. Методы цифровой обработки вибрационного сигнала внедрены в разработанную в МГУПП систему технического мониторинга СТМ-12Т. Предварительные испытания системы, проведенные в лаборатории МГУПП, показали эффективность метода вибродиагностики оборудования роторного типа.
Список литературы /References
1. Основы виброакустической диагностики машинного оборудования: Учебное пособие / В.Н. Костюков, А.П. Науменко, С.Н. Бойченко, Е.В. Тарасов. Омск: НПЦ «ДИНАМИКА», 2007. 286 с.
2. Дахнович А.А. Дискретные системы и цифровая обработка сигналов: Учебное пособие. Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007.
3. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. СПб.: Питер, 2006. 751 с.
4. Яблоков А.Е. Вибродиагностика основного технологического оборудования размольного отделения мельницы. Дис... канд. техн. наук. М., 2001. 183 с.
5. Яблоков А., Федоренко Б., Латышев М. Технический мониторинг, диагностика и защита оборудования. / Комбикорма, 2018. № 6. С. 32-34.
