Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Техническая диагностика, как инструмент повышения эф фективности технического обслуживания оборудования хлебопекарного производства 13
1.1. Различные подходы к планированию, проведению технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) промышленного оборудования 13
1.2. Задачи и структура технической диагностики 17
1.3. Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий как объект диагностики 19
1.4. Общие вопросы мониторинга и диагностики функционирующего оборудования по параметрам вибрации 21
1.4.1. Предмет виброакустической диагностики 21
1.4.2. Диагностические модели механизма: задачи и методы построения.. 24
1.4.3. Диагностические признаки дефектов. Методы выделения информативных компонентов из виброакустического сигнала 30
1.4.4. Методология распознавания технических состояний объекта 33
1.4.5. Виды технического состояния оборудования и методология нормирования уровня вибраций 35
1.5. Анализ современных систем вибродиагностики машин и оборудования 39
1.6. Цель работы и основные направления исследований 43
Глава 2. Разработка диагностических моделей оборудования хлебопе карных предприятий 46
2.1. Типовые неисправности оборудования и их диагностические модели... 47
2.2. Кинематический анализ оборудования и разработка частотных (детерминированных) моделей возможных неисправностей 49
2.2.1. Тестомесильная машина марки ТМ - 63 50
2.2.2. Тестомесильная машина марки А2 - XT - 2Б 53
2.2.3. Кремосбивальная машина марки КС 57
2.2.4. Кремосбивальная машина марки МТБ-60 59
2.2.5. Приводная станция хлебопекарной печи ПХЛ - 45 62
2.3. Исследования влияния жесткости монтажного соединения машины с фундаментом на значения диагностических признаков 64
2.4. Динамическое моделирование возможных дефектов оборудования 68
2.4.1. Разработка динамической модели неисправностей кремосбиваль-ной машины марки КС 68
2.4.2. Определение параметров модели машины марки КС 76
2.4.3. Моделирование различных дефектов машины марки КС на ПК 78
2.4.4. Анализ результатов математического моделирования 80
2.5. Разработка импульсной модели неисправностей оборудования хлебо-пекарого производства 92
2.6. Выводы 95
Глава 3. Экспериментальные исследования по определению диагностических признаков дефектов оборудования 97
3.1. Экспериментальные установки и применяемое оборудование 97
3.2. Определение информативных точек снятия виброакустической информации 101
3.3. Определение значений диагностических признаков оборудования путем натурного моделирования дефектов
3.3.1. Моделирование дефектов тестомесильной машины марки ТМ-63... 110
3.3.2. Моделирование дефектов тестомесильной машины марки А2-ХТ-2Б 112
3.3.3. Моделирование дефектов кремосбивальной машины марки КС 115
3.3.4. Моделирование дефектов кремосбивальной машины марки МТБ-60 118
3.3.5. Исследование влияния дефектов привода конвейера хлебопекарной печи на параметры вибрации 119
3.3.6. Определение значений диагностических признаков для различных классов технического состояния оборудования 120
3.4. Исследование влияния дефектов подшипников качения на вибрационные характеристики подшипниковых узлов 122
3.4.1. Анализ спектрограмм и вевлет - спектрограмм вибросигнала, полученных при различных технических состояниях подшипника 123
3.4.2. Спектральный анализ колебаний подшипниковых узлов 127
3.4.3. Анализ возможности использования параметра «пик-фактор» (ПФ) для диагностики состояния подшипника качения 128
3.4.4. Анализ спектра огибающей вибросигнала подшипникого узла 132
3.5. Выводы 134
Глава 4. Разработка процедуры постановки диагноза и прогноза изменения технического состояния технологического оборудования хле бопекарных предприятий на основе вибродиагностики 136
4.1. Метод формирования эталонных значений диагностических признаков 136
4.2. Решение задачи распознавания технического состояния на основе комплексной оценки различных диагностических признаков 138
4.3. Разработка процедуры прогнозирования изменения технического состояния 139
4.4. Разработка алгоритма процедуры вибродиагностики 141
4.5. Выводы по главе 148
Глава 5. Разработка и практическое внедрение автоматизированной системы вибродиагностики технологического оборудования хлебопе карного производства 149
5.1. Требования, предъявляемые к диагностическому комплексу 149
5.2. Переносной диагностический комплекс для оборудования хлебопекарных предприятий 152
5.2.1. Техническое обеспечение комплекса 152
5.2.2. Программное обеспечение комплекса 154
5.3. Анализ возможностей разработанного диагностического комплекса... 154
5.4. Результаты внедрения диагностического комплекса на ЗАО "Белый хлеб" 156
5.5. Технико - экономическое обоснование внедрения системы вибродиагностики оборудования на хлебопекарном предприятии 158
5.6. Выводы по главе 160
Заключение 162
Библиографический список 166
Приложения 178
- Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий как объект диагностики
- Кинематический анализ оборудования и разработка частотных (детерминированных) моделей возможных неисправностей
- Определение информативных точек снятия виброакустической информации
- Решение задачи распознавания технического состояния на основе комплексной оценки различных диагностических признаков
Введение к работе
Актуальность исследования. По количеству предприятий, объему и значимости продукции хлебопекарная промышленность является одной из ведущей отраслей пищевой промышленности России. В настоящее время основные производственные фонды большинства предприятий сильно изношены. Это негативно отражается на количественных и качественных показателях выпускаемой продукции, и как следствие, на экономической эффективности работы предприятия. Работа оборудования, срок службы которого в несколько раз превышает запланированный ресурс, приводит к повышенной вероятности возникновения отказов и аварийных остановок. С другой стороны, оборудование, имеющее различные неисправности, как правило, характеризуется повышенной виброактивностью, а предприятия обязаны соблюдать санитарные нормы (СН) и государственные стандарты по уровню шума и вибраций машин в производственных помещениях. В связи с этим, перед хлебопекарными предприятиями остро стоит вопрос о поддержании технологического оборудования в работоспособном состоянии.
Используемая в настоящее время система планово-предупредительного ремонта (ППР) имеет ряд недостатков. При обслуживании оборудования по регламенту, текущий и капитальный ремонт производится в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя через определённые промежутки времени. Однако, практика эксплуатации оборудования показывает, что около 50 % из числа всех технических обслуживании (ТО) по регламенту выполняется без их фактической необходимости [10,29]. Более того, после замены ещё работоспособных, приработанных деталей на новые, зачастую снижается надёжность машин из-за дефектов сборки и монтажа. Ещё одним фактором, затрудняющим регламентирующее обслуживание, является сложность учёта фактического времени функционирования оборудования, т.к. на хлебопекарных предприятиях имеет место неравномерная загрузка различного оборудования во времени, что связано с конъюнктурой потребительского рынка и сезонной составляющей спроса на продукцию.
Оптимизация ТО оборудования и ликвидация вышеназванных недостатков возможна путём внедрения методов функциональной вибродиагностики. Это позволит предприятиям проводить ТО только тогда, когда это необходимо в связи с наступлением высокой вероятности отказа оборудования, планировать вид и сроки ремонта (Р) по результатам диагностики.
Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации технологического оборудования как в пищевой, так и в других отраслях промышленности, показывает, что внедрение методов и средств диагностики является одним из важнейших факторов повышения экономической эффективности использования технологического оборудования. Современные методы и средства диагностики позволяют выявлять дефекты на ранней стадии их развития, что способствует предупреждению отказов и аварий, позволяет поддерживать эксплутационные показатели в установленных пределах, более полно использовать ресурс машин, благодаря переходу от технического обслуживания по регламенту к обслуживанию по состоянию. Методы вибродиагностики уже широко применяются в энергетики, в нефтегазовой промышленности, в машиностроении, бумагоделательной, лёгкой промышленности [1, 9, 95, 97, 108, 109]. Разработана и внедрена методика вибродиагностики оборудования мукомольных заводов [32, 33, 109, 122]. Вибродиагностика используется как средство объективного контроля качества сборки, монтажа и ремонта оборудования. Однако, на хлебопекарных и кондитерских предприятиях методы функциональной вибродиагностики ещё не нашли применения из-за отсутствия научно - обоснованной методики диагностики, учитывающей специфику технологического оборудования отрасли.
Целью исследований является создание методов, моделей, алгоритмов и средств вибрационной диагностики оборудования предприятий хлебопекарного производства для совершенствования и оптимизации его ТО.
В связи с этим, поставлены и решены следующие задачи: 1. Изучить современные методы и подходы к организации технического обслуживания оборудования, проанализировать методы виброакустической диагностики, используемые в смежных отраслях промышленности;
2. Провести статистический анализ неисправностей оборудования хлебопе-
карных предприятий;
Провести кинематический анализ оборудования. Определить детерминированные частоты возможных неисправностей;
Разработать диагностические модели исследуемого оборудования;
Провести качественный анализ влияния различных дефектов на параметры
вибрации оборудования путём математического моделирования на ПК;
Создать лабораторные установки для натурного моделирования дефектов;
Провести экспериментальную проверку диагностических признаков;
Разработать алгоритмы вибродиагностики оборудования хлебопекарного
предприятия;
Разработать методику оптимизации периодичности виброобследований и графиков проведения ПНР;
Создать аппаратное обеспечение системы вибродиагностики;
Разработать программное обеспечение системы вибродиагностики;
Провести промышленную апробацию результатов исследований.
Объектом исследования является техническое обслуживание технологического оборудования хлебопекарного производства.
Предметом исследований является применение методов функциональной вибродиагностики с целью совершенствования и оптимизации технического обслуживания оборудования хлебопекарного предприятия.
Методологические и теоретические основы исследования.
Основы технической диагностики, рассмотренные в работах Биргера И.А., Генкина М.Д., Мозгалевского А.В., Павлова Б.В., Явленского К.Н. и Яв-ленского А.К. и др. авторов создали необходимую методологическую базу для разработки и применения методов и средств с целью решения ряда прикладных задач диагностирования, выявления дефектов изготовления и сборки, оценки надёжности и долговечности механических систем.
В целях безразборного определения технического состояния машин и их узлов в последние годы широкое распространение получили методы виброаку-
9 стической диагностики. Большой вклад в развитие теоретических основ методов виброакустической диагностики сделали учёные: Авакян В.А., Айрапетов Э.Л., Артоболевский И.И., Балицкий Ф.Я., Болотин В.В., Генкин М.Д., Иванова М.А., Соколова А.Г., Явленский А.К. и Явленский К.Н. и др. Практическое использование методов и средств вибродиагностики рассмотрены в работах Герике Б.Л., Баркова А.В., Баринова Ю. Г., Гольдина А.С., и др. авторов.
Различные физические методы технической диагностики технологического оборудования мукомольных заводов рассмотрены в работах Птушкина А.Т., Денисова В.И., Кацнельсона М.У., Демского А.Б., Руба М.Д., Глебова Л.А., Яблокова А.Е.
Вопросам организации рациональной эксплуатации и ремонта оборудования на предприятиях кондитерской промышленности посвящена работа Панфилова В.А., Симутенко В.В. [85].
С целью выявление диагностических признаков различных неисправностей механических систем целесообразно использовать методы математического моделирования. Вопросами диагностического моделирования механических систем занимались Артоболевский И.И., Айрапетов Э.Л., Балицкий Ф.Я., Ба-ринов Ю.Г., Генкин М.Д., Гринкевич В.К., Гернет М.М., Денисов В.И. и др.
Методы исследований. В работе использованы методы математической статистики, методы математического моделирования, метод натурного моделирования, методы спектрального анализа и нелинейных преобразований виброакустического сигнала.
Научная новизна исследования:
впервые разработаны диагностические (кинематические, динамические и импульсные) модели различных дефектов технологического оборудования хлебопекарного предприятия;
методами статистического анализа определены диагностические признаки различных дефектов технологических машин, определены их значения для различных классов технического состояния;
методами математического моделирования на ПК определены диагностические признаки дефектов кремосбивальной машины типа КС;
разработана и научно обоснована методика функциональной вибродиагностики оборудования хлебопекарного предприятия;
показана возможность прогнозирования изменения технического состояния оборудования во времени путем экстраполяции регрессии значений диагностических признаков.
Практическая значимость исследования:
разработана методика функциональной вибродиагностики тестомесильных машин марки А1-ХТ-2Б, ТМ-63, кремосбивальных машин марки КС, МТБ-60 и привода конвейера хлебопекарной печи ПХЛ-45;
разработан диагностический комплекс вибродиагностики оборудования на базе переносного ПК;
разработана и внедрена на производстве система вибродиагностики и прогнозирования сроков безаварийной эксплуатации оборудования;
проведена промышленная апробация и внедрены разработанные методики диагностики оборудования на ЗАО "Белый хлеб";
результаты исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплины «Диагностика и надёжность машин» для студентов специальности 230100 «Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования»;
- полученные результаты использованы при создании лабораторных устано
вок для учебно-научной лаборатории «Диагностика технологического и
транспортного оборудования для отраслей промышленности».
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседании кафедры ТОПХ (Москва, МГУПП, 2003 г.), на юбилейной международной научно - практической конференции Пищевые продукты XXI века. (Москва, МГУПП, 2001 г).
На защиту выносятся:
- диагностические модели оборудования;
диагностическая карта неисправностей;
методики вибродиагностики различных узлов и деталей технологического оборудования хлебопекарного предприятия;
диагностический комплекс системы вибродиагностики для оборудования хлебозаводов;
методика прогнозирования остаточного ресурса оборудования.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений, списка литературы, приложений. Она изложена на 200 страницах, основного текста 177 стр., содержит 68 иллюстраций и 22 таблицы. Список использованной литературы включает 146 наименований, в том числе 22 иностранных источника.
В первой главе рассмотрены различные подходы к планированию и проведению технического обслуживания оборудования, общие принципы построения систем технического диагностирования, методические основы виброакустической диагностики оборудования. Сделан обзор современных технических средств виброакустической диагностики машин. Рассмотрены методы выделения информативных компонентов из виброакустического сигнала. Проведен анализ состояния вопроса, определены цели и задачи исследований.
Вторая глава посвящена математическому моделированию дефектов оборудования. Проведён кинематический анализ машин, определены детерминированные частоты различных дефектов. Разработана динамическая модель функционирования кремосбивальной машины КС, построена импульсная модель редуктора машины типа А2-ХТБ. Количественное моделирование дефектов проведено численными методами на ПК. Качественный анализ энергетического спектра вибраций машин в работоспособном состоянии и при наличии дефектов позволил выявить диагностические признаки неисправностей. Изучено влияние жесткости монтажа оборудования на амплитудные характеристики колебаний диагностируемого узла.
Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям. Определены информативные точки снятия виброакустической информации. Методами
12 натурного моделирования дефектов установлены зависимости между техническим состоянием машин и значениями различных параметров вибрации.
В четвёртой главе представлена методика вибродиагностики технологического оборудования хлебопекарных предприятий на уровне алгоритмов. Методики вибродиагностики различных узлов хлебопекарного оборудования на основании комплексной оценки линейного спектра вибраций, узкополосного анализа огибающей высокочастотного сигнала, СКЗ виброскорости и пик-фактора высокочастотной вибрации. Разработаны процедуры постановки диагноза и прогноза, представлена методика определения оптимальных сроков технического обслуживания.
Пятая глава посвящена подбору технических средств и созданию программ системы вибродиагностирования неисправностей оборудования хлебопекарного предприятия. Представлены результаты внедрения системы вибродиагностики технологического оборудования на ЗАО "Белый хлеб".
В приложении представлены Worksheets (рабочий лист системы компьютер математики Mathcad) для математического моделирования динамики машин, результаты расчёта параметров математических моделей. Технические характеристики используемой виброанализирующей аппаратуры, разработанного диагностического комплекса, программы вибродиагностики на языке программирования Matlab. Акты об использовании результатов исследований в учебном процессе и на производстве.
Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий как объект диагностики
Предварительный анализ оборудования хлебопекарного предприятия позволил выделить группу ответственных технологических машин роторного типа, для которых метод вибродиагностики является наиболее оптимальным:
1. Тестомеси. , льные машины типа ТМ-63 предназначены для замеса крутого теста для бараночных изделий и других сортов мучнисто-кондитерских изделий. Она состоит из станины, смесильного органа с двумя Z-образными лопастями, стационарной крышки, узла для механического опрокидывания корыта и привода лопастей с системой зубчатой передачи.
2. Тестомеси/ льные машины типа Al-ХТБ периодического действия предназначена для приготовления ржаного и пшеничного теста. Месильным органом машины является Ф-образная лопасть, которая совершает плоское движение, благодаря применению редуктора планетарного типа.
3. Кремо бивальные машины типа МТБ-60 применяется для замеса сдобного теста, приготовления крема, яиц и сливок. Месильный орган представляет собой фигурную лопасть, надеваемую на рабочий вал, скорость вращения которого регулируется в пределах 60-120 об/мин.
4. Кремо швальные машины типа КС предназначена для Сбивания масс полуфабрикатов при приготовлении тортов и пирожных, кекса столичного и др. оббивание происходит под действием проволочного кремо бивателя, ось которого в средней точке закреплена в шарнире, а в верхней точке соединена поводком с вертикальным валом. Частота вращения рабочего органа регулируется в пределах 200-280 об/мин [91]. 5. Привод конвейера хлебопекарной печи ПХЛ-45 используется в печи с пло-щадью пода 45 м для перемещения подового транспортера с требуемой скоростью. Частота вращения входного вала привода 950 об/мин, частота вращения выходного вала регулируется в пределах от 3,43 об/мин до 13,7 об/мин. В состав привода конвейера входит: цепной пластинчатый вариатор ВЦЗН.2М. 1.101-03:243; редуктор цилиндрический двухступенчатый Ц2У-250-31,5-21У1; электродвигатель 4А112МА693 мощностью 3 кВт. На предприятиях хлебопекарного производства для поддержания оборудования в работоспособном состоянии используется система планово-предупредительного ремонта (ППР). В систему ППР входит повседневный уход за оборудованием, текущий ремонт, капитальный ремонт, планирование и организация работы по ремонту, учёту и отчетности [73].
Повседневный уход за оборудованием (технический осмотр) осуществляется рабочим у машины или слесарем и сводится к систематической проверке состояния оборудования, его смазке и регулировке, проводится по графикам ППР в соответствии с табл.1.
Текущий ремонт заключается в разборке узлов, осмотре, замене или ремонте изношенных деталей, ремонте электрооборудования, а также регулировке и окраске машин. Объем текущего ремонта составляет 10-20 % от капитального, производится на месте установки оборудования ремонтным персоналом.
Капитальный ремонт заключается в полной разборке агрегата с заменой или восстановлением изношенных деталей и узлов, в том числе базовых, регулировании и испытаний под нагрузкой. Капитальный ремонт производит ре-монтно-механический цех, ремонтный персонал производственного цеха, а также другие организации по договорам. Руководит и отвечает за его своевременность и качество главный механик предприятия [85]. Капитальные ремонты проводят по установленному графику в соответствии с нормативами простоя оборудования из-за ремонта.
В нормативно-технической документации по хлебопекарному оборудованию диагностические показатели, а также допустимые нормативные вибрации отсутствуют. В этом случае, в качестве норм для оценивания состояния машин целесообразно использовать рекомендации международного стандарта ISO 2372.
Нормативы на осмотр, текущий и капитальный ремонты оборудования Оборудование Осмотр Текущий ремонт Капитальный ремонт Периоды междуостановками,дни Трудоемкость, нормо-час.
На первом этапе, при разработке процедуры диагностики, необходимо определить возможные неисправности машин, их интенсивность, среднее время наработки оборудования на отказ после капитального ремонта. Такие данные были получены в результате анализа литературных источников, а также статистики поломок оборудования на производстве. Информационной базой статистического анализа являются данные поломок технологического оборудования на ЗАО «Белый хлеб» за последние 5 лет (с 1996 по 2001 гг). В табл. 5 представлены наиболее часто встречающиеся неисправности по типам машин.
Вибродиагностика, являясь разделом технической диагностики, есть отрасль знаний, включающая в себя теорию и методы распознавания технических состояний машин и механизмов по исходной информации, содержащейся в виброакустическом сигнале. Эффективность методов виброакустической диагностики обусловлена высокой чувствительностью характеристик колебательных процессов к изменению параметров технического состояния [97].
Среди исследователей, внесших существенный вклад в развитие методов вибродиагностирования, необходимо отметить Авакяна В.А. [1], Айрапетова Э.Л., Артоболевского И.И. [3], Балицкого Ф.Я. [7, 8, 24, 97], Генкина М.Д. [3, 24, 27, 28, 97], Иванову М.А. [8, 24, 52, 97], Соколову А.Г. [24, 28, 52], Явлен-ского А.К. и Явленского К.Щ124], Герике Б.Л.[29, 30], Баркова А.В.[10], Ба-ринов Ю.Г. [9] и др. В общей проблеме вибрационной диагностики оборудования роторного типа, одной из основных задач является установление взаимно однозначного соотношения между вектором дефектов R механической системы и вектором диагностических признаков U- параметров вибрационного сигнала или их комбинаций, несущих информацию о состоянии объекта диагностирования. Сложность количественной оценки влияния дефектов на виброакустические процессы состоит в том, что дефекты влияют на многие параметры диагности ческой модели одновременно. Вектор диагностического признака, характери зующий виброакустический сигнал, можно представить в операторном виде [89]: U=L(A,B,C,R) + ju, (1.1) где L - оператор системы; А - конструктивные параметры, определяемые кинематической схемой механизма; В - динамические параметры механизма; С - вектор внешних воздействий на систему; /л- погрешности измерений. Вектор дефектов R ={RU,RM,R3} является комплексной функцией погрешностей изготовления элементов механизма Ru, погрешностей монтажа RM, и эксплуатационных дефектов R3, воздействие которых может быть как аддитивным, так и мультипликативным.
Кинематический анализ оборудования и разработка частотных (детерминированных) моделей возможных неисправностей
Наличие встроенного вариатора скоростей, который служит для плавного регулирования частоты-вращения рабочего органа в пределах ±10 %, значительно усложняет разработку частотных моделей машин КС, МТБ-60, привода печи ГГХЛ-45. В результате, каждая машина имеет свою индивидуальную частотную характеристику проявления дефектов. Это приводит к необходимости разрабатывать такие алгоритмы диагностирования, которые позволют учитывать изменяющуюся частоту вращения. При разработке средств вибрационной диагностики должен быть предусмотрен метод корректировки частотных характеристик диагностических признаков в зависимости от фактической скорости вращения одной из деталей(опорного элемента) машины, скорость которой принимается за базовую. Такая привязка осуществляется путем введения опорного сигнала с датчика оборотов.
Задачей кинематического анализа механизма является изучение движения звеньев механизма в независимости от действующих на них сил [104]. Кинематический анализ в приложении к задачам вибродиагностики заключается в определении угловых скоростей вращения (или частот) отдельных звеньев меха 50 низма, в зависимости от частоты вращения электродвигателя. Частотное моделирование основано на полигармоническом представлении колебаний, частота которых детерминирована с частотой проявления дефектов.
Целью частотного моделирования является идентификация частот вращения всех подвижных элементов машин включая частоту пересопряжения зубьев и частоту вращения элементов подшипников качения (тел качения, колец, сепаратора).
С целью исследования стабильности и воспроизводимости значении частоты вращения вала электродвигателя пдв и рабочих органов машины пм марки ТМ - 63 на холостом ходу и под нагрузкой проведена серия из десяти измерений с помощью виброанализатора AU-014. Результаты статистической обработки данных измерений представлены в табл. 6, где а - исправленное среднеквадратичное отклонение, К- коэффициент вариации.
Кинематическая схема машины ТМ-63 представлена на рис. 3. Привод машины включает электродвигатель 1 (частота вращения 7дВ = 12 Гц), клиноре-менную передачу, промежуточный вал 4, на котором установлен шкив ременной передачи 3 и шестерня привода месильного органа 5. Два Z-образных месильных органа 10 и 13 совершают встречное вращение, благодаря расположенным на их цапфах зубчатым колёсам 7 и 8. Месильные органы приводятся в движение посредством косозубой передачи 5, 6 от промежуточного вала.
Передаточное отношение /3 косозубой передачи 5-6 определяется отношением числа зубьев колеса z2 к числу зубьев шестерни z\. Ui= z2/ z\. Частота пересопряжения зубьев в косозубой передаче fi =fnP z\=fM Z2, ще/м - частота вращения месильного органа, fM= fnp/ /3. Месильные органы кинематически связаны посредством косозубой передачи, передаточное отношение которой равно единице. Частота пересопряжения зубьев ./ zM, где zM- число зубьев шестерни месильного органа. Месильные органы вращаются в подшипниках скольжения 9, 11, 12, 14. В подшипниковых опорах промежуточного вала установлены подшипники качения 15 типа 60211.
Центральное (солнечное) колесо 11, которое установлено на одном валу со шкивом 4, приводит во вращение сателлит 8, которое совершает эпициклическое движение [2] относительно солнечного колеса. Зубья малого планетарного колеса 7 входят в зацепление с центральным неподвижным колесом редуктора 12 (рис. 4). Водил ом в планетарном редукторе является подвижный корпус редуктора 9.
Горизонтальный вал 5 кремс бивальной машины марки КС приводится во вращение при помощи ременного вариатора с подвижными конусами 2, 3 от электродвигателя 1 (рис. 5). Частота вращения электродвигателя /лв = 23,3 Гц. Диапазон регулируемого передаточного отношения вариатора /вар = 1,2-1,5. Частота вращения горизонтального валаfi=fde/ Ueap. Вертикальный вал// кинематически связан с горизонтальным S посредством конической зубчатой передачи. Передаточное отношение - /3 = z2/ zb где Z\ - число зубьев шестерни 8; z2 - число зубьев колеса 9. Частота вращения вертикального вала /2 = /1 / U3. Частота пересопряжения зубьев /j =/i z\ -fi i-B опорах горизонтального вала установлены радиальные сферические подшипники 4, 6 типа 1209. В опорах вертикального вала установлены шариковые подшипники (тип 60209).
Привод машины МТБ-60 осуществляется от электродвигателя 1 (рис. 6). Регулирование частоты вращения рабочего органа происходит с помощью встроенного ременного вариатора (передаточное отношение - Ueap= 1,25 - 1,5), который позвзляет изменять частоту вращения промежуточного вала. Проме 60 жуточный вал 4 связан с вертикальным валом редуктора рабочего органа 6, посредством ремня 5. Передаточное отношение ременной передачи определяется по формуле (2.2). На вертикальном валу планетарного редуктора установлено солнечное колесо, с числом зубьев - z\. Частота вращения водила определяется по формуле (2.4). Месильный орган совершает эпициклическое движение относительно центральной шестерни 12. Частота пересопряжения зубьев планетарного колеса 9 с солнечным 11 и неподвижным 12 определяется по формулам (2.6, 2.7). В опорах промежуточного вала 13 установлены шариковые подшипники (тип 60206). Вал солнечного колеса вращается в шариковых подшипниках 7 (тип 106), вал рабочего органа вращается в радиально - упорных шарикоподшипниках 10 (тип 7205).
Определение информативных точек снятия виброакустической информации
Диагностическая ценность измеренных параметров вибрации в значительной мере определяется информативностью точек измерения. В настоящее время существует множество нормативных документов, в которых содержатся рекомендации по оценке колебательных свойств машин. К их числу относятся международные стандарты ISO 2372, 2373, 2945 [100, 101], рекомендации Института Инженеров Германии VDI 2056, 2059 [102], ГОСТы. Обобщая, содержащуюся в документах информацию, можно сделать вывод о том, что места расположения датчиков должны быть максимально приближены к потенциальным источникам возбуждения колебаний. Такими точками являются подшипниковые узлы. Предпочтительно измерять вибрацию не в одном, а в двух -трёх направлениях.
Датчик вибрации в измерительную точку может быть установлен с помощью щупа, мастики, магнита или шпильки. Наиболее предпочтительным является способ установки с помощью шпильки, т.к. он соответствует тариро-вочному и позволяет получать хорошую воспроизводимость результатов. В прил. 6 представлены требования, предъявляемые к поверхности установки датчиков. Однако, подготовка поверхности и установка шпилек является достаточно трудоемкой слесарной операцией, да и конструкция машин не всегда позволяет установить шпильку в оптимальном, с точки зрения информативности, месте.
В связи с этим, предложено следующее решение: на поверхность оборудования, с помощью эпоксидной смолы, наклеивается специальное крепёжное приспособление (рис.31), выполненное в виде шпильки, на круглом основании.
Для проверки эффективности такого решения проведена серия экспериментов. Различные параметры вибрации измерялись на редукторе привода печи ПХЛ-45, работающего в стационарном, установившемся режиме. Спектр виброскорости, полученный в результате усреднения по десяти реализациям, представлен на рис. 32. Спектры вибрации, измеренные при установке датчика с помощью шпильки (д) и с помощью наклеенного на корпус крепёжного при 103 способления (г) практически идентичны.
Зависимость спектра виброскорости редуктора привода хлебопекарной печи в т. 4 от способа установки датчика: а - с помощью щупа, б - на мастике, в - на магните, г-на крепежном приспособлении, д - на шпильке
С учетом рекомендаций, содержащихся в отечественных и зарубежных стандартах, а также учитывая компоновку оборудования, определены точки снятия виброакустической информации для рассматриваемых машин.
Диагностические точки определены теоретически, исходя из кинематических схем оборудования (Глава 2). Степень информативности точек проверена экспериментально, путём сравнительного анализа значений диагностических признаков.
Для вибродиагностики редуктора тестомесильной машины А2-ХТ-2Б, исходя из конструкции, предварительно отобрано восемь точек (рис. 35). С целью определения степени их информативности проведены измерения вибросмещения.
Спектральный анализ (рис. 36) показал, что диагностические признаки дисбаланса шкива (2,8 Гц), дефектов зацепления планетарного колеса с неподвижным колесом (16,7 Гц), эксцентриситет планетарного колеса (17,6, 15,8 Гц) наиболее более ярко проявляются в точках 2, 6 и 7. Это объясняется меньшей жёсткостью машины в поперечном направлении, чем в продольном. В результате, для практических целей можно ограничиться контролем в точках 2 и 6.
Детальный анализ динамической модели кремосбивальной машины марки КС, представленный в Главе 2, позволил определить информативные точки снятия диагностической информации. Это подшипниковые узлы (рис. 37). На рис. 38. представлены спектры вибросмещения по измерительным точкам. Спектры в точках 4 и 7 имеют пики на детерминированных частотах: 24 Гц (частота вращения электродвигателя), 11 Гц (частота вращения горизонтального вала) и 4,4 Гц (частота вращения рабочего органа). Высокая чувствительность этих точек объясняется меньшей жёсткостью станины в поперечном направлении, чем в продольном.
Для кремосбивальной машины марки МТБ-60 предварительно отобрано восемь точек для снятия виброакустической информации (рис. 39). Спектральный состав вибрации представлен на рис. 40. Из рис. видно, что в точках 1 - 5 имеет место увеличение амплитуды колебаний на частоте вращения шкива планетарного редуктора (28 Гц). Дефекты зубчатого зацепления в редукторе наиболее ярко проявляются в точках 4, 5 и 7. Кроме того, эти точки максимально приближены к подшипникам качения. Жёсткость конструкции меньше в поперечном направлении, что приводит к увеличению амплитуды колебаний в точках 1, 2, 4, 5, и 10 (рис. 40). Обобщая полученные результаты, для диагностических целей будем использовать точки 1, 2, 7,10.
Для проверки адекватности построенных диагностических моделей оборудования проведены натурные эксперименты по моделированию различных механических дефектов при работе оборудования в производственных условиях на ЗАО «Белый хлеб».
Первым этапом практических исследований является создание вибрационного портрета исправного оборудования, с которым в последствии будут, сравнивается вибрационные портреты машины с дефектами. Предварительно проведена проверка работоспособности машин и их настройка в соответствии с ГОСТами [107] и ТУ. Проведены измерения вибрации по диагностируемым точкам при работе машин на холостом ходу и под нагрузкой. Полученные спектры классифицируют техническое состояние машин как «эталонное».
Исследования проведены с помощью виброанализатора AU-14. Все измерения вибрации проведены с семикратным линейным усреднением, что позволяет получать данные с. ошибкой измерения равной среднеквадратичному отклонению с вероятностью 0,95 [122]. Коэффициент вариации, при измерении виброскорости, во всем частотном диапазоне не превышает 10 %. 3.3.1. Моделирование дефектов тестомесильной машины марки ТМ-63
С целью выявления диагностических признаков дефектов машины марки ТМ-63 проведен сравнительный спектральный анализ вибрации в диагностических точках 1,2, 3 и 4 (рис. 33) при работе машины под нагрузкой.
Решение задачи распознавания технического состояния на основе комплексной оценки различных диагностических признаков
Формирование вектора диагностических признаков на основе значений амплитуд огибающей узкополосной высокочастотной вибрации, на информативных, детерминированных с диагностируемым дефектом частотах, хорошо зарекомендовал себя, т.к. амплитуда огибающей зависит от глубины развития дефекта и практически не зависит от нагрузки на подшипник и частоты вращения ротора. Использование спектра огибающей возможно для диагностики практически всех узлов хлебопекарного оборудования. При этом, методика сводится к идентификации амплитуд колебаний на детерминированных с распознаваемым дефектом частотах.
Методика вибродиагностики, основанная на анализе пик-фактора и СКЗ, применима для анализа технического состояния подшипников качения, но только на ранней стадии развития дефекта, при образовании выбоин на дорожке качения. При развитии дефекта происходит увеличение общего уровня вибрации (растет значение СКЗ), что в итоге приводит к снижению значения ПФ. Практические исследования, представленные в п.3.4.3., показали, что значения ПФ и СКЗ зависят от нагрузки и частоты вращения вала. Поэтому, использовать значения параметров ПФ и СКЗ имеет смысл только при исследовании кинетики процесса, сравнивая новые результаты с предшествующими. Пик - фактор может использоваться при диагностике зубчатой передачи (для обнаружения локальных дефектов зацепления).
Спектральный анализ виброакустического сигнала путем клиппирова-ния спектра по информативным частотам позволяет выделить детерминированные компоненты вибросигнала. Однако, значение этих компонентов (амплитуд) сильно зависят от нагрузки на диагностируемый узел, что существенно осложняет процедуру вибродиагностики в условиях эксплуатации ма 139 шин. Для того чтобы .снизить инвариантность диагностических признаков предлагается использовать приведенные значения признака (отношение амплитуд колебаний к СКЗ), согласно выражению (3.2). Метод анализа прямого спектра может использоваться для формирования диагностических признаков дисбаланса, дефектов ременной, зубчатой передачи и пр.
Использование в качестве диагностического признака мамплитуду кеп-стра на информативной сачтоте и их рахмониках позволяет накапливать информацию, что повышает информативность гармонических составляющих. Однако, проведенные исследования показали, что использование кепстра малоэффективно, т.к. детерминированная с дефектом сачтота подшипника достаточно велика.
Кепстр может быть использован при диагностике высокооборотных элементов машин или элементов, имеющих значительную (более 100 Гц) детерминированную частоту проявления дефектов. Кепстр может быть использован при диагностике зубчатых передач.
Разработка процедуры прогнозирования изменения технического состояния При периодических виброобследованиях имеется возможность накап ливать значения диагностических признаков и проводить анализ их измене ний во времени. Это позволяет разработать процедуру прогнозирования из менения технического состояния. Для этой цели необходимо подобрать мо дель регрессии по данным предшествующих измерений. Для решения задачи прогнозирования используются различные модели регрессии (линейная, по линомиальная второго или третьего порядка).
Структурная схема алгоритма диагностирования оборудования хлебопекарных предприятий представлена на рис. 63. Процедура диагностирования включат в себя следующие этапы:
1. Обследуемое оборудование оператор выбирает из базы данных системы диагностики (СД), в случае необходимости осуществляет ручную корректировку кинематических и силовых параметров машины.
2. Выбирается режим обучения системы (для формирования эталонного вектора диагностических - признаков) и в случае, если обследуемая машина находится не в эталоном техническом состоянии, вводится поправочный коэффициент (%), характеризующий степень износа машины.
3. В измерительную точку устанавливается датчик вибрации и происходит замер вибросигнала. После фильтрации сигнала ВНЧ, ФВЧ, режекторным фильтром для удаления электромагнитных помех, отфильтрованный сигнал передается в программные модули.
4. В соответствии с измерительной точкой и диагностируемым узлом, который доступен для обследования в данной точке (в соответствии с табл. 19) в программу диагностики загружаются следующие программные модули: - модуль диагностики подшипников качения (рис. 64); - модуль диагностики зубчатой передачи (рис.65); - модуль диагностики механических дефектов (ременной, зубчатой передачи, дисбаланса ротора).
Данные измерений передаются в блок прогнозирования изменения технического состояния (рис. 67). Из памяти системы извлекаются данные предыдущих замеров, по ним рассчитывается уравнение полиномиальной регрессии 3 - порядка. Далее проводится экстраполяция, определяется время, когда значения признака превысят пороговые значения для данного класса состояния, формируется отчет о прогнозировании изменения технического состояния, формируются рекомендации по срокам ТО и ремонтов.
