ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ БУМАЖНОЙ МАКУЛАТУРЫ

Тахтуев Д. Б., ОАО «Киевский картонно-бумажный комбинат», Обухов, Киевская обл., Украина
Чимде А. Г., ОАО «Соликамскбумпром», Соликамск, Пермский край, Россия

Важную роль при эксплуатации машин и оборудования по переработке макулатуры играет диагностирование технического состояния на основе измерения и анализа вибрационных характеристик. За последнее время на рынке появилось множество виброизмерительных приборов отечественного и иностранного производства. Наиболее универсальными и распространенными являются виброанализаторы. Часто в паре с виброанализатором работает экспертная программа диагностики, которая устанавливается на ПЭВМ. Стоимость таких комплексов достаточно высока (несколько тысяч дол. США) и не дает возможности обработки полученных данных другими специализированными математическими программами из-за закрытости кода данных.

Один из путей снижения стоимости виброизмерительных комплексов и расширения их возможностей — соединение дешевых аналоговых виброметров, многофункциональных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и ПЭВМ со специализированными математическими программами. В работе приведены результаты апробации такого многофункционального виброизмерительного комплекса (рис. 1), состоящего из датчиков вибрации (пьезоакселерометров), измерителей шума и вибрации ВШВ-003, АЦП Handyscope HS3-5 (производство фирмы «TiePie Engineering», Нидерланды) и ПЭВМ с программой к HS3-5.

Рис. 1. Схема виброизмерительного комплекса

ВШВ-003 — измеритель шума и вибрации российского производства. По метрологическим параметрам и техническим характеристикам соответствует 10 классу точности согласно ГОСТ 16826-71. ВШВ-003 может снимать временные характеристики как быстротекущих, так и медленнотекущих процессов.

Handyscope HS3-5 — 2-канальный, 12-разрядный АЦП с частотой оцифровки 5 млн выборок в секунду для каждого канала. Прибор можно использовать как цифровой запоминающий осциллограф, анализатор спектра, вольтметр или самописец. Прибор оцифровывает входной сигнал, обрабатывает, сохраняет и воспроизводит сигнал на экране. Кроме двух каналов ввода, имеется один канал вывода, на котором может формироваться тестовый сигнал с различными характеристиками.

Вибрация, регистрируемая в точках установки пьезоэлектрических датчиков ДН-3, поступает на предусилители ПМ-3. Каждый сигнал поступает по своему экранированному каналу. Предусилители ПМ-3 усиливают сигнал, используя питание основного блока ВШВ-003, который, в свою очередь, фильтрует и масштабирует уровень выходного сигнала. Далее Handyscope HS3-5 принимает аналоговый сигнал с двух каналов и в соответствии с настройками программы управления производит его оцифровку. После цифрового преобразования сигнал передается по высокоскоростному интерфейсу USB 2.0 в ППЭВМ и обрабатывается программными средствами.

Программа и аппаратный драйвер, управляющий АЦП, позволяют быстро настроить систему с помощью хранимых профилей осциллографа, анализатора спектра и самописца. На рис. 2 представлено главное окно программы, из которого легко вызываются все модули.

Рис. 2. Программная панель управления HS3-5

АЦП позволяет записывать временной отрезок до 131 060 выборок при скорости до 5 млн выборок в секунду, что дает возможность варьировать временной интервал в широком диапазоне. Имеется возможность установки единиц измерений и их масштабирования, отсечки/растяжки сигнала, усреднения максимум по 256 измерениям, выбора масштаба осей: линейного, логарифмического, октавного и 1/3 октавного. В некоторых случаях удобно пользоваться функциями однократного запуска измерений, по условию превышения порога. Полезными являются функции сравнения сигналов, сигналы можно как складывать, так и вычитать. Добавление комментариев на рабочем поле дает возможность делать отметки по ходу измерений.

В режиме осциллографа на экране монитора отображается изменяющееся во времени электрическое напряжение, т. е. временная зависимость вибрационного сигнала. Запуск может быть установлен в любой момент времени, что позволяет исследовать сигнал как до, так и после момента запуска.

В режиме цифрового вольтметра измеряется среднеквадратичное значение, среднее, максимальное, минимальное, децибелы, мощность, пульсации, частота и мгновенное значение. Можно производить последующую обработку (сравнение, вычитание, умножение и др.).

В режиме самописца производится измерение медленно изменяющихся сигналов во времени. Самописец измеряет входной сигнал через установленные промежутки времени — от 0,01 до 500 с. Количество выборок может быть установлено любым из интервала от 1 до 32 768. При этом максимальное время измерения — 189,6 дней. В данном режиме можно использовать прибор для построения трендов вибрации и контроля технического состояния узлов и технологических режимов.

В режиме анализатора спектра используется метод быстрого преобразования Фурье, с помощью которого вычисляются спектральные компоненты, образующие частотный спектр входного сигнала. В программе поддерживается шесть видов окон-фильтров: прямоугольное (все данные не изменяются), Ханнинга (синусоидальное), Хамминга (синусоидальное), Бартлета (синусоидальное), Блэкмана (треугольное), Парцена (треугольное). Количество линий в спектре может составлять от 32 до 32 768, при этом верхний предел диапазона частот составляет до 5 МГц.

Для стабильной работы комплекса требуется достаточно производительный компьютер. При апробации комплекса использовали переносной компьютер Notebook модели «Brava-4115COMBO» на основе процессора Pentium 4-2800С/800 с установленным программным обеспечением Handyscope 3 версии для операционной системы Windows XP.

Для удобства проведения измерений и мобильности компьютер Notebook и Handyscope 3 были объединены в один жесткий дюралюминиевый корпус в форме дипломата, трансформируемый в переносной стол. В нем также переносили экранированные провода и датчики вибрации. Виброизмерительные приборы ВШВ-003 переносили и использовали в отдельных влагозащитных сумках. Общий вид комплекса приведен на рис. 3.

Рис. 3. Общий вид комплекса в сложенном и развернутом виде

Апробацию виброизмерительного комплекса проводили на действующем оборудовании предприятия ОАО «Соликамскбумпром». Вели замеры как спектров виброускорения для выявления частотного состава, так и временной зависимости для статистической обработки сигналов и проверки процесса на стационарность и эргодичность.

Спектры замеряли в частотном диапазоне от 0 до 5 000 Гц. Количество линий в спектре при измерении составляло 2 048, 4096 или 8 192 линии, в зависимости от конкретного измерения. Таким образом, шаг дискретизации составлял 2,44 Гц, 1,22 Гц или 0,61 Гц соответственно, что достаточно для выявления наименьших модулируемых частотных компонент вибрации исследуемого оборудования. Для исключения ложных частот применяли окно Хамминга.

Для определения собственной частоты колебаний оборудования замеряли временную зависимость вибрационного сигнала при возбуждении колебаний ударом специального обрезиненного молотка.
В работе комплекс продемонстрировал надежность, мобильность, достаточную скорость измерения и обработки данных, несмотря на высокую температуру воздуха (50 °С) и влажность производственных помещений.

На наш взгляд, основной недостаток современных виброанализирующих приборов — закрытость кода обмена данными. Это препятствует возможности дальнейшей обработки полученных результатов другими программными средствами, что в свою очередь сильно сужает возможности всестороннего виброанализа. С помощью предлагаемого виброизмерительного комплекса можно проводить анализ процессов «on-line». Можно заранее подготовить подпрограммы в математическом пакете и дать качественную оценку собранным данным прямо на месте, выявить общий или частный характер исследуемого процесса, изменить параметры и произвести повторные измерения. Кроме высокой разрешающей способности, что ставит данный комплекс в один ряд с самыми современными виброанализирующими комплексами, предусмотрены чтение/запись как в двоичном, так и в формате ASCII, что удобно для последующей обработки собранных данных, например, в пакете Matlab. Заранее подготовленные подпрограммы дают возможность: строить временную зависимость, собственный спектр, спектр огибающей, кепстр, каскадную диаграмму; определять пик-фактор, эксцесс, собственные частоты колебаний; обнаруживать нарушение корреляционных связей; проводить комплексную статистическую диагностику.

Применение разработанного комплекса для измерения и анализа вибрации машин в линиях переработки макулатуры снизит аварийность и повысит надежность работы оборудования.

MONITORING OF VIBRATION PARAMETERS FOR DIAGNOSTICS OF MACHINES AND MECHANISMS DURING THE WASTE PAPER PROCESSING

Takhtuyev D. B., OJSC «Kyiv Paper and Board Industrial Complex», Obukhov, Kyiv Oblast, Ukraine
Chimde A. G., OJSC «Solicamsk Cellulose and Paper Industrial Complex», Solicamsk, Perm Krai, Russia

The report summarises the trial results for a new highly-efficient vibration monitoring system comprising the following basic equipment: two piezoelectric vibration transformers (DN-3); noise and vibration level meters (VShV-003); two-channel analogue-to-digital converter Handyscope HS3-5; portable personal computer and data processing software.

Главная страница

Сведения об авторах

Тахтуев Дмитрий Борисович, инженер, Киевский картонно-бумажный комбинат, ул. Киевская, 130, Обухов, Киевская обл., 08700, Украина. Тел./факс (04472) 7-21-82. E-mail
Чимде Андрей Геннадьевич, канд. техн. наук, зав. лабораторией, Соликамский целлюлозно-бумажный комбинат, ул. Коммунистическая, 21, Соликамск, Пермская обл., 618548, Россия. Тел. (34253) 4-22-85, факс (34253) 2-17-51. E-mail

Последние изменения внесены 16.09.08