Вибродиагностика роторной системы на подшипниках качения

• Автор: Колосова, Ольга Петровна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 207 с. : ил.

РЕФЕРАТ

В диссертации изложены результаты расчетных и экспериментальных исследований виброактивности роторной системы на подшипниках качения, на основе которых разработан метод вибродиагностики роторной системы, заключающийся в применении вибродиагностической модели для получения параметров технического состояния объекта.
Для изучения вибраций роторной системы на подшипниках качения была разработана и изготовлена лабораторная установка, составлена ее расчетная схема, рассчитаны инерционные и жесткостные параметры. Экспериментальные исследования виброактивности роторной системы на подшипниках качения включили построение системы измерения вибраций, создание программного комплекса частотного и статистического анализа сигналов, проверку на стационарность и эргодичность, анализ частотного содержания результатов измерения.
Расчетными методами исследована динамика роторной системы на подшипниках качения при различных значениях параметров технического состояния. Разработана и программно реализована диагностическая модель для диагностики двух наиболее распространенных и принципиально различных групп дефектов роторной системы: повреждения контактирующих поверхностей подшипника и дефектов изготовления и монтажа типа дисбаланса ротора, несоосности валов. Модель представляет собой систему алгебраических уравнений, связывающих измеренные вибросигналы с параметрами технического состояния. Анализ экспериментальных данных, проведенный с помощью предложенной модели, подтверждает ее эффективность для диагностики рассматриваемых дефектов.
Разработаннный программный комплекс частотного и статистического анализа сигналов может использоваться как для всесторонней обработки результатов измерения вибраций изучаемых объектов в лабораторных условиях, так и для работы в составе автоматической системы контроля состояния машинного оборудования в условиях эксплуатации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 130 наименований; изложена на 150 страницах машинописного текста; содержит 65 рисунков, 27 таблиц, 6 приложений; оформлена в соответствий с ГОСТ 7.32-82.
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВИБРОДИАГНОСТИКИ
МАШИН И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л. Развитие систем контроля технического состояния машин
1.2. Словарь симптомов неисправностей машин
1.3. Принципы контроля технического состояния машин
1.3 Л. Эмпирический подход к проблеме контроля состояния машин
1.3.2. Феноменологический подход
1.4. Особенности контроля технического состояния роторных систем на подшипниках качения
1.4.1. Особенности вибросигнала корпуса подшипника ;
1.4.2. Простейшие методики диагностики подшипников качения
1.4.3. Эмпирический подход
1.4.4. Преимущества и перспективность разработки феноменологического подхода
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИЙ РОТОРНОЙ СИСТЕМЫ НА ПОДШИПНИКАХ КАЧЕНИЯ
2.1. Лабораторная установка
2.1.1. Конструкция лабораторной установки
2.1.2. Подшипники качения
2.2. Измерение вибраций роторной системы на подшипниках качения
2.2.1. Измерительная система
2.2.1.1. Датчик ускорения
2.2.1.2. Усилитель сигналов
2.2.1.3. Осциллограф
2.2.1.4. Магнитограф
2.2.1.5. Генератор сигналов
2.2.1.6. Аналого-цифровой преобразователь

2.2.2. Калибровка измерительной системы
2.2.3. Методика и результаты измерения вибраций
2.3. Методика частотного анализа вибросигнала
2.3.1. Исходная вибродиагностическая информация
2.3.2. Основные возможности частотного анализа
2.3.3. Быстрое преобразование Фурье (БПФ)
2.3.4. Взвешивание сигнала во временной области
2.3.4.1. Выбор окна взвешивания
2.3.4.2. Окна на основе тригонометрического ряда
2.3.5. Спектр мощности
2.3.6. Частотные характеристики широкополосных сигналов
2.3.6.1. Функция автокорреляции
2.3.6.2. Кепстр мощности
2.3.6.3. Комплексный ке
2.3.7. Анализ узкополосных сигналов
2.3.7.1. Преобразование Гильберта
2.3.7.2. Амплитудная огибающая сигнала
2.3.7.3. Частотная модуляция сигнала
2.4. Методика статистического анализа вибросигнала
2.4.1. Проверка стационарности и эргодичности
2.4.1.1. Критерий серий
2.4.1.2. Критерий инверсий
2.4.1.3. Критерий Уилкоксона
2.4.2. Закон распределения вероятностей
2.4.3. Безразмерные амплитудные дискриминанты
2.5. Обработка результатов измерения вибраций роторной системы на
подшипниках качения
2.5.1. Программный комплекс обработки вибродиагностической информации
2.5.1.1. Назначение, основные возможности и характеристики
2.5.1.2. Тестирование программного комплекса
2.5.2. Статистический анализ результатов измерения вибраций
2.5.2.1. Проверка стационарности
2.5.2.2. Проверка эргодичности
2.5.3. Частотный анализ результатов измерения вибраций
2.5.3.1. Экспериментальное определение собственных частот роторной системы
2.5.3.2. Идентификация спектральных компонент

М = п / (14 О. С2-5)
Масштабный коэффициент АЦП по амплитуде К вычисляется как отношение амплитуды сигнала в кодах АЦП к амплитуде сигнала генератора в вольтах.
Результаты измерений и определения по ним значений интервала между выборками и масштабного коэффициента К представлены в табл. 2.3.
табл
Калибровка измерительной системы
установленное драйвером время преобразования АЦП - 75 мкс
Номер измере- ния Частота сигнала, Гц Амплитуда сигнала, V Частота из м. сигнала в долях ДҐ Амплитуда сигнала в кодах АЦП At, мкс К, V
1 200 1.0 235.169 315.60 71.767 0.0031686
2 200 0.75 235.043 225.14 71.729 0.0033313
3 200 0.5 235.104 148.52 71.748 0.0033665
4 500 1.0 580.007 315.51 70.801 0.0031695
5 500 0.75 579.379 228.82 70.725 0.0032777
6 500 0.5 579.756 147.36 70.771 0.0033930
7 1000 1.0 1138.146 315.23 69.466 0.0031723
8 1000 0.75 1141.420 231.37 69.666 0.0032416
9 1000 0.5 1138.400 144.50 69.482 0.0033897
10 2000 1.0 2379.027 72.602
на частоте около 2кГц возникает явление модуляции (рис. 2.9)
среднее значение Д( = 70.876 мкс Д( = 70.925 мкс среднеквадратичное отклонение для А1 1.090 мкс, (1.54%)
среднее значение масштабного коэфф-та К = 0.0032790 V = 0.0033 V среднеквадратичное отклонение для К 0.0000952 V, (2.90%)