ДИНАМИЧЕСКОЕ  ИЗМЕРЕНИЕ  РЕАЛЬНОГО  ПОЛОЖЕНИЯ  ОСИ  НЕСТАЦИОНАРНЫХ  КРУПНОГАБАРИТНЫХ  ВРАЩАЮЩИХСЯ  ОБЪЕКТОВ

Першин  Николай  Сергеевич

аспирант  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова,  г.  Белгород

E-mail: 

DYNAMIC  MEASUREMENT  OF  REAL  AXIS  OF  NON-STATIONARY  LARGE  OBJECT  OF  ROTARY

Pershin  Nickolay  Sergeevich

Postgraduate  of  Belgorod  State  Technological  University  them.  VG  Shukhov  Belgorod

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассматривается  метод  измерения  реального  положения  оси  нестационарных  крупногабаритных  вращающихся  объектов,  и  приводиться  описание  возможного  для  реализации  устройства.  Автором  произведён  анализ  имеющихся  данных  и  выявлены  требования  к  описываемому  устройству.  В  статье  приводятся  схемы  устройства  и  расчётов.  Особое  внимание  уделено  выбору  датчика  позволяющего  произвести  такое  измерение.  Рассматриваемая  тематика  является  малоизученной  и  требует  дальнейших  исследований. 

ABSTRACT

In  the  article  discusses  a  method  of  measurement  of  the  real  position  of  the  axis  nonstationary  large  rotating  objects,  and  is  a  description  of  a  possible  implementation  for  the  device.  The  author  analyzed  the  available  data  and  identified  the  requirements  for  the  equipment  described  herein.  The  article  presents  the  scheme  of  the  device  and  calculations.  Particular  attention  is  paid  to  the  choice  of  the  sensor  allows  to  make  such  a  measurement.  The  considered  theme  is  poorly  studied  and  requires  further  research.

Ключевые  слова:  оборудование;  отклонение  оси;  нестационарная  ось;  теоретическая  ось;  реальная  ось;  измерение  вибраций;  акселерометр.

Keywords:  equipment,  axis  deviation,  non-stationary  axle;  theoretical  axle  centerline,  real  axle;  vibration  measurement;  accelerometer.

В  различных  отраслях  промышленности,  используемые  технологические  агрегаты,  могут  иметь  вращающиеся  крупногабаритные  узлы,  у  которых  отсутствует  выраженная  ось  вращения.  Смещение  оси  агрегатов  вызывает  изменение  режимов  его  работы,  приводит  к  преждевременному  износу  или  разрушению.  Своевременное  восстановление  поверхностей  катания  агрегата  или  периодическая  выверка  положения  его  оси  позволяет  избегать  последствий  отражающихся  на  себестоимости  продукции  в  виде  затрат  на  ремонт  агрегата  или  полученной  продукции  ненадлежащего  качества.  Своевременная  диагностика  положения  оси  агрегата  позволяет  оперативно  скорректировать  её  положение  или  выполнить  ремонт  узла  агрегата.

В  [1,  2,  3,  5,  6]  описаны  различные  методы,  способы  и  устройства  для  реализации  контроля  и  оперативной  диагностики  положения  оси  агрегата.  Существенный  недостаток  многих  устройств  —  невозможность  постоянного  контроля  оси  агрегата,  а  следовательно,  и  определения  динамического  изменения  оси,  что  расходиться  с  самой  целью  оперативной  диагностики.  Создание  устройства,  реализующего  оперативную  диагностику  оси  технологического  агрегата,  позволяет  реализовать  именно  оперативную  диагностику  состояния  агрегата. 

Анализ  различных  источников  [1,  3,  5,  6]  позволяет  сформировать  требования  к  подобному  устройству:

·устройство  должно  функционировать  совместно  с  агрегатом,  т.  е.  являться  его  узлом.

·данные  о  положении  оси  агрегата  должны  быть  получены  в  режиме  «реального  времени».

·стоимость  устройства  и  его  обслуживание  не  должно  превышать  стоимости  затрат  на  ремонт  и  восстановление  агрегата.

·устройство  должно  быть  встроено  в  узел  агрегата  как  можно  более  конкретно  идентифицирующее  положение  оси  технологического  агрегата.

К  устройству,  идентифицирующему  пространственное  положение  объекта,  относятся  гироскопы  и  акселерометры  [7].  Выбор  того  или  иного  датчика  положения  оказывает  влияние  на  конструкцию  прибора  и  алгоритм  его  реализации.

Наиболее  простой  представляется  следующая  структурная  схема,  рис.  1.

Рисунок  1.  Предполагаемая  структурная  схема  устройства

На  схеме  представлен  Д  —  датчик  положения,  устанавливается  на  агрегат,  УС  —  устройство  сопряжения,  считывающее  информацию  с  датчиков  и  подготавливающее  её  для  передачи  в  устройство  её  обработки;  УБОИ  —  устройство  беспроводного  обмена  информацией,  позволяющее  организовать  передачу  информации  от  датчиков  к  устройству  её  обработки,  необходимость  выбора  такого  варианта  обмена  информацией  вызвана  тем,  что  узел  вращается,  следовательно,  передача  данных  по  проводам  исключена,  а  использование  щёточного  узла  не  гарантирует  достоверность  получаемой  информации,  к  тому  же  он  обладает  нужной  надёжностью.  В  качестве  устройства  обработки  информации  используется  персональный  компьютер  с  установленным  на  нём  специальным  программным  обеспечением.  Это  программное  обеспечение  позволяет  идентифицировать  отклонение  реальной  оси  объекта  от  теоретической,  что  и  является  целью  реализации  прибора,  или  согласно  вышеизложенному  —  аппаратно  программного  комплекса.

Алгоритм  обработки  информации  с  датчиков  и  построения  или  «восстановления»,  конечно  в  виртуальном  виде  оси  вращения  объекта,  связан  со  схемой  реализации  прибора,  следовательно,  начинать  нужно  с  неё,  рис.  2.

Рисунок  2.  Схема  определения  оси  объекта

На  изображённой  схеме  объект  1,  имеющий  некую  реальную  поверхность  катания  установлен  на  двух  опорах  в  виде  роликов  2,  объекту  1  придаётся  некая  скорость  вращения  ω,  причём  эта  скорость  придаётся  через  один  из  опорных  роликов,  т.е.  привод  объекта  жестко  не  связан  с  ним,  что  позволяет  объекту  свободно  перекатываться.  В  таком  случае  если  объект  имеет  постоянный  радиус  по  всей  окружности  поверхности  катания,  изменение  теоретического  центра  О  не  происходит  и  объект  не  испытывает  ударов,  вибраций  и  т.  п.  Но  в  реальном  мире  подобного  размещения  объектов  попросту  не  существует,  что  вызывает  необходимость  в  определении  положения  оси  вращающегося  объекта.  К  тому  же  в  технологическом  агрегате  это  смещение  —  O_Δ  может  являться  параметром  работоспособности  всей  технологической  машины  в  целом.

Для  того  чтобы  понять  суть  предлагаемого  автором  технического  решения  по  определению  положения  оси  вращающегося  объекта,  стоит  понять  принцип  измерения  отклонения  положения  акселерометра.  Использование  акселерометров  для  измерения  отклонения  объектов  от  определённого  положения  описано  в  различных  источниках.  В  нашем  случае  конструкция  датчика  подробно  описанного  в  [7]  позволяет  вычислить  как  отклонение  оси,  так  и  частоту  с  амплитудой  вибраций  в  технологической  системе.  Согласно  рекомендациям,  изложенным  в  [3]  акселерометр,  предназначенный  для  выполнения  измерений  положения  объекта,  должен  иметь  максимальный  диапазон  измерений  до  1g,  эта  же  величина  является  максимальной  измеряемой  величиной  вибраций.  Использование  датчиков  до  1g  (0,5  g,  0,32  g,  0,25  g)  для  объекта  совершающего  полный  оборот  не  приемлемо,  т.к.  вектор  силы  тяжести  в  течении  одного  оборота  объекта  изменяется  в  пределах  от  –1  g,  до  +1  g.  Что  касается  вибраций,  то  исследование,  проведённое  по  некоторым  образцам  технологических  агрегатов  показывает,  что  непосредственно  вибрации  не  должны  превышать  ±1  g  в  диапазоне  инфразвуковых  частот.  А  большее  их  значение  идентифицируется  как  удар,  что  свидетельствует  появлением  дефектов  на  поверхностях  катания  узлов,  в  которые  входит  диагностируемый  объект.  Превышение  определённых  значений  этими  величинами  позволяет  диагностировать  неполадки  и  дефекты  в  технологической  системе.  Таким  образом,  установка  датчика  на  условной  окружности  профиля  поверхности  катания  объекта  позволяет  решить  задачу  диагностики  исправности  узла.  Согласно  [7],  сигнал  может  быть  передан  в  виде  аналогового  сигнала,  когда  его  нулевое  значение  на  выходе  соответствует  –1  g,  а  выходное  напряжение,  равное  напряжению  питания  (U_пит)  –1  g,  следовательно,  нулевое  значение  U_пит/2.  Такой  способ  получения  в  систему  сигнала  удобно  реализовать  при  проводной  связи  датчика  с  устройством  обработки  сигнала,  при  наличии  коротких  соединяющих  проводников,  а  при  использовании  модуля  радиосигнала  этот  способ  получения  информации  неприемлем,  т.  к.  он  подвержен  помехам.  Следовательно,  в  нашем  случае  подходит  широтноимпульсная  передача  сигнала  датчика,  так  же  заявленная  производителем.  Сущность  её  заключается  в  том,  что  на  выходе  прибора  формируются  импульсы  определённой  частоты,  а  их  период  зависит  от  измеренной  величины,  аналогично  предыдущему  —  О_Δ  составляет  50  %  длительности  импульса.  Таким  образом,  на  самом  объекте  располагается  только  датчик  и  модуль  радиоканала,  позволяющий  передать  сигнал  в  устройство  его  обработки. 

Список  литературы:

1.Бондаренко  В.Н.  К  определению  погрешности  установки  крупногабаритных  сварных  трубных  изделий  на  операциях  механообработки  /  В.Н.  Бондаренко,  А.И.  Коренев  //  Вестник  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова.  —  2008.  —  №  2.  —  С.  38—-41. 

2.Бондаренко  В.Н.  К  расчёту  метрологических  характеристик  измерительного  устройства  типа  «НАЕЗДНИК»  для  крупногабаритных  тел  вращения/  В.Н.  Бондаренко,  М.В.  Куденикова//  Вестник  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова.  —  2008.  —  №  3.  —  С.  45—48.

3.Чепчуров  М.С.  Способ  контроля  вибраций  в  технологических  системах  /  М.С.  Чепчуров,  А.Н.  Феофанов  //  Автоматизация  в  промышленности.  Москва.  Издательский  дом  «ИнфоАвтоматизация».  —  2009.  —  №  4.  —  С.  13—14.

4.Чепчуров  М.С.  Использование  АЦП  для  регистрации  и  обработки  аналогового  сигнала  в  ПК/  М.С.  Чепчуров//  Ремонт,  восстановление,  модернизация.  —  2008.  —  №  5  —  С.  8—10.

5.Чепчуров  М.С.  Контроль  и  регистрация  параметров  механической  обработки  крупногабаритных  деталей:  монография  /  М.С.  Чепчуров//  Изд-во  БГТУ,  2008.  —  с.  231:  ил.  —  Библиогр.:  с.  228—231.

6.Четвериков  Б.С.  Лазерное  устройство  для  определения  погрешности  формы  крупногабаритных  объектов/  Б.С.  Четвериков,  М.С.  Чепчуров,  А.Н.  Блудов//  патент  на  полезную  модель  RUS  121362  22.06.2012.

7.ANALOG  DEVICES  Data  Sheet  ADXL103/ADXL203  —  Спецификация.  —  2009.  —  16  с.