Главная страница ДонНТУ   Сайт магистров ДонНТУ   Поисковая система ДонНТУ

Главная страница    Электронная библиотека    Аннотированные ссылки    Результаты поиска    Индивидуальное задание   

   Актуальность работы.Среди промышленных машин существует отдельный класс — металлургические машины, отличающиеся следующими особенностями: значительными массами, погрешностями изготовления большими динамическими нагрузками и нестабильностью протекающих процессов. В промышленных условиях получить информацию о техническом состоянии таких объектов диагностирования практически невозможно.
   Один из наиболее распространенных методов определения технического состояния — спектральный анализ вибрации требует определенного временного интервала для проведения измерений. В тоже время в машинах кратковременного режима работы протекающие процессы имеют практически мгновенную реализацию. В этих условиях перспективным является использование анализа временных реализаций. Но в настоящее время не разработаны методы и подходы к анализу временных форм.
   Актуальность работы состоит в разработке алгоритма анализа временных реализаций как комплексного параметра, который несет в себе информацию не только об общем техническом состоянии системы, но и о состоянии её отдельных элементов.

   Обзор существующих исследований и разработок.В работах [1 — 5] наиболее полно исследовались измерение общего уровня вибрации, измерение параметров вибрационного сигнала, спектральный анализ вибрационного сигнала.
   Измерение общего уровня вибрации [6] позволяет определить категорию технического состояния оборудования, используя методы взаимного, относительного или абсолютного сравнения. Измерение параметров вибрационного сигнала [7] (ударный импульс, пик-фактор, огибающая виброускорения) используется для оценки технического состояния подшипниковых узлов оборудования. Спектральный анализ вибрационного сигнала [8] обеспечивает выявление, идентификацию повреждений и возможность анализа тенденций их развития начиная с самой ранней стадии. Анализ временных реализаций используется относительно редко, позволяя судить о стабильности протекающих процессов в механизме [9].
   Расширение объектов диагностирования, необходимость распознавания фактического состояния механизмов, работающих в кратковременном режиме, требует разработки методологии анализа временных реализаций вибрационного сигнала на новом современном уровне требований решения практических задач.

   Перечень решаемых в работе задач.Целью магистерской работы является разработка алгоритма анализа временных реализаций вибрационного сигнала.
   Поставленная цель достигается решением следующих задач:
      1. Составление динамической модели системы.
      2. Анализ возникающих в системе колебаний.
      3. Составление библиотеки временных реализаций.
      4. Анализ временных форм, измеренных в промышленных условиях.

   Теоретический анализ.В настоящее время актуальным вопросом является определение фактического технического состояния и прогнозирование сроков отказа механизмов и их отдельных элементов. Исключительная практическая ценность решения указанного вопроса имеет следующее обоснование: «Достижение максимальной эффективности использования металлургического оборудования возможно лишь при наличии информации о техническом состоянии механизмов. Полученные данные имеют большой практический интерес и используются при определении объемов ремонтных работ, допустимой степени нагруженности и сроков эксплуатации машин» [10].
   Для постановки достоверного диагноза о техническом состоянии объекта необходим предварительный анализ входных воздействий и соответствующих им реакций. В нашем случае упрощенно «техническое состояние элементов машины определяется тремя факторами: физическими процессами старения, технологическими нагрузками и внешними воздействиями, в частности, проведением технологического обслуживания и ремонтов» [11] . На рис. 1 приведена схема модели «черный ящик», которая наглядна демонстрирует объект исследования данной магистерской работы, факторы, воздействующие на объект исследования и соответствующие им отклики.

   Из приведенной схемы видно, что выходным параметром системы является временная реализация вибрационного сигнала. Предполагается, что для механизмов, работающих в кратковременном и повторно кратковременном режиме, данный параметр является наиболее информативным. Это предположение находит подтверждение при обращении к литературным источникам:
1. «Быстропротекающие процессы с переменными ускорениями трудно диагностировать, т. к. процесс измерения требует определенного промежутка времени, в течение которого измеряемый параметр не остается постоянным. В этом случае целесообразно проводить совместную регистрацию не средних, а мгновенных значений вибрации…и получать для анализа их временную развертку»[9].
2. «В ряде случаев, когда в колебательном процессе, сопровождающем работу агрегата,…, необходимо сохранить фазовые соотношения, несущие основную информацию о параметрах технического состояния, достаточно обратиться к анализу временной реализации процесса»[2].
3. «…выделение и регистрация временных реализаций виброакустического сигнала в районе собственной частоты зубьев пары колес является простым и надежным методом диагностирования появления трещины, скола и поломки зубьев колес»[12].
4. «Мы настолько привыкли использовать в нашей исследовательской работе спектральный анализ, что иногда склонны вообще игнорировать представление сигнала во временной области. В то же время информацию, которую может дать такое представление, трудно извлечь, рассматривая только спектр вибрации.
   Например, случайный процесс (непрерывный шум) и переходный процесс, связанный с какими-то нерегулярными событиями, имеют схожие спектры, которые, тем не менее, соответствуют сигналам совершенной разной природы, что отчетливо видно по их временным реализациям. Во временной области легко различим стук деталей, приводящий к асимметрии формы сигнала, который может быть следствием ослабления механических соединений»[12].
   Т. о. временная реализация вибросигнала несет в себе достоверную информацию о техническом состоянии механизма кратковременного режима работы. В нашем случае это шестеренная клеть прокатного стана (рис. 2).

   Непосредственная разработка алгоритма анализа временных реализаций вибрационного сигнала.
   Временная реализация вибрационного сигнала имеет вид, представленный на рис.3

   Среднеквадратичное отклонение:

   Центр кластеризации области диагноза находится в точке с координатами математического ожидания; радиус области определяется как расстояние между двумя точками с координатами центра кластеризации и утроенного среднеквадратичного отклонения. Второй метод заключается в построении гистограммы зависимости количества амплитудных значений виброускорения, попадающих в определенный интервал, от диапазона регистрируемых значений и распределения, соответствующего данной зависимости (привести пример гистограммы). Определение технического состояния с использованием этого метода основывается на следующей гипотезе: наблюдаемые на гистограмме ступенчатые переходы обусловлены работой механизма в зоне неустойчивого равновесия при вибрации, соответствующей границам технических состояний.

   Экспериментальные исследования.Измерения вибрации на шестеренной клети 900 проводились в горизонтальном и вертикальном направлениях с использованием анализатора спектра вибрации 795М, который позволяет измерять динамические сигналы с последующей их записью в энергонезависимую память, просматривать, анализировать и передавать их в базу данных на персональный компьютер.
   Для проведения анализа полученных временных форм построено диагностическое пространство (рис. 5) по координатам числовых параметров, приведенных в табл. 1. При этом для наглядности отклонений от симметричности и периодичности предлагается наложение диагностических областей в одной из координатных четвертей (в данном случае — в первой четверти). Для сравнения необходимо навести курсором мыши на рис. 5.

   Первый вывод, который можно сделать из визуальной оценки разброса параметров в диагностическом пространстве, это асимметричность и непериодичность временной формы. На это указывает различная плотность распределения параметров внутри областей диагноза и различная площадь областей.
   Гистограмма и соответствующий ей вид распределения приведены на рис. 6

   Как видно из гистограммы, распределение не имеет значительных отклонений от нормального закона, но наличие ступенчатых переходов на гистограмме свидетельствует о вибронеустойчивости механизма.

   Обзор основных результатов и выводы.Результатов, полученных в ходе анализа временных реализаций вибросигнала, на данный момент недостаточно для постановки достоверного диагноза о техническом состоянии механизма. Тем не менее полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности использования временных форм как источника информации о техническом состоянии механизмов и, в первую очередь, механизмов кратковременного режима работы. Для достижения результатов предложены два метода анализа временных реализаций, заключающиеся в построении двухмерного диагностического пространства, гистограмм и определении соответствия нормальному закону распределения. Временные формы сняты с корпуса шестеренной клети 900 обжимного стана 950/900 обжимного цеха ЗАО "ММЗ "Истил (Украина)", где в настоящее вопрос ведутся исследования в области разработки алгоритма анализа временных реализаций.

   Перспективы дальнейших исследований. Дальнейшие исследования планируется проводить в следующих направлениях: расчет эксцесса, определение декремента колебаний для оценки стабильности демпфирующих свойств механической системы, совместный анализ токовых характеристик электродвигателя и временных форм, а также временных реализаций вибросигнала на рабочем и холостом ходу.

   Литература.

      1. Биргер И. А. Техническая диагностика. — М.: Машиностроение, 1978. — 240с.
      2.   Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов/Ф. Я. Балицкий, М. А. Иванова, А. Г. Соколова, Е. И. Хомяков. — М.: Наука, 1984.
      3. Коллакот Р. А. Диагностирование механического оборудования: Пер с англ. — Л.: Судостроение, 1980. — 296с.
      4. Коллакот Р. А. Диагностика повреждений: Пер с англ. — М.: Мир, 1989. — 512с.
      5. Иориш Ю. И. Виброметрия. Измерение вибрации и ударов. Общая теория, методы и приборы. — М.: Машгиз, 1963.
      6. Определение допустимых вибраций редукторов металлургических машин. Седуш В. Я., Сидоров В. А., Ошовская Е. В.
      7. Анализ состояния прокатного оборудования по параметрам вибрации. Сидоров В. А., Крахт В. Б., Сопилкин Г. В.
      8. Сотников А. Л. Обоснование возможностей спектрального анализа вибрации при распознавании технического состояния металлургического оборудования с целью подготовки данных для стандарта для распознавания неисправностей узлов и деталей
      9. Контроль технического состояния металлургических машин по виброакустическим параметрам. Седуш В. Я., Сидоров В. А., Ошовская Е. В.
      10. Особенности проявления и выявления поломок металлургических машин. Сидоров В. А., Ошовская Е. В.
      11. Определение рационального времени дтагностирования. Сидоров В. А., Ошовская Е. В., Ченцов Н. А., Проскуряков С. В.
      12. Основы анализа данных и поиска неисправностей. By Glenn D. White, DLI Engineering Corporation Пер. с англ. — И.Р.Шейняк под ред. В.А.Смирнова, к.т.н.

Главная страница    Электронная библиотека    Аннотированные ссылки    Результаты поиска    Индивидуальное задание