Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів
Наведено коротку характеристику приладів вібраційного контролю та наведені основні вимоги до їх проектування. розглянуто результати аналізу горизонтальної та вертикальної складових вібрацій підшипникового вузла вугільного конвеєра, реалізації котрих були отримані за допомогою створеної у ФМІ НАН Укр...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
|---|---|
| Datum: | 2017 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160207 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів / Р.М. Юзефович, О.Ю. Дзерин, І.Й. Мацько, І.М. Яворський, І.Г. Стецько // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 3. — С. 14-20. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160207 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Юзефович, Р.М. Дзерин, О.Ю. Мацько, І.Й. Яворський, І.М. Стецько, І.Г. 2019-10-27T12:12:30Z 2019-10-27T12:12:30Z 2017 Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів / Р.М. Юзефович, О.Ю. Дзерин, І.Й. Мацько, І.М. Яворський, І.Г. Стецько // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 3. — С. 14-20. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2017.03.02 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160207 621.391:519.22 Наведено коротку характеристику приладів вібраційного контролю та наведені основні вимоги до їх проектування. розглянуто результати аналізу горизонтальної та вертикальної складових вібрацій підшипникового вузла вугільного конвеєра, реалізації котрих були отримані за допомогою створеної у ФМІ НАН України переносної віброакустичної системи. з використанням методів статистики періодично корельованих випадкових процесів (ПКВП) встановлені основні властивості характеристик періодичної нестаціонарності другого порядку стохастичної складової вібрації при наявності дефекту, виявлена їх висока чутливість до зміни параметрів дефекту. показано, що взаємний ПКВП-аналіз складових вібрації дає можливість локалізувати дефекти та встановлювати їх типи. Дана краткая характеристика приборов вибрационного контроля и приведены основные требования к их проектированию. рассмотрены результаты анализа горизонтальной и вертикальной составляющих вибраций подшипникового узла угольного конвейера, реализации которых были получены с помощью созданной в ФМИ НАН Украины переносной виброакустической системы. С использованием методов статистики периодически коррелированных случайных процессов (ПКCП) установлены основные свойства характеристик периодической нестационарности второго порядка стохастической составляющей вибрации при наличии дефекта, обнаружена их высокая чувствительность к изменению параметров дефекта. показано, что взаимный ПКCП-анализ составляющих вибрации дает возможность локализовать дефекты и устанавливать их типы. A brief description of vibration control devices and main requirements to their designing are given. The results of analysis of the horizontal and vertical components of vibrations of the bearing unit of the coal conveyor were considered, the realizations of which were obtained with the help of the portable vibroacoustic system created at the PhMI of the NAS of Ukraine. Using the methods of statistics of periodically correlated random processes (PCRP), the main properties of characteristics of the second-order periodic nonstationarity of the stochastic vibration component were established in the presence of a defect, their high sensitivity to change in the defect parameters was detected. It is shown that mutual PCRP-analysis of the vibration components makes it possible to localize the defects and establish their types. uk Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Научно-технический раздел Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів Неразрушающий контроль узлов сложных машинных комплексов по взаимостатистическим характеристикам вибриционных сигналов Non-destructive control of units of complicated machinery complexes according to mutual statistic characteristics of vibration signals Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів |
| spellingShingle |
Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів Юзефович, Р.М. Дзерин, О.Ю. Мацько, І.Й. Яворський, І.М. Стецько, І.Г. Научно-технический раздел |
| title_short |
Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів |
| title_full |
Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів |
| title_fullStr |
Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів |
| title_full_unstemmed |
Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів |
| title_sort |
неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів |
| author |
Юзефович, Р.М. Дзерин, О.Ю. Мацько, І.Й. Яворський, І.М. Стецько, І.Г. |
| author_facet |
Юзефович, Р.М. Дзерин, О.Ю. Мацько, І.Й. Яворський, І.М. Стецько, І.Г. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2017 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Неразрушающий контроль узлов сложных машинных комплексов по взаимостатистическим характеристикам вибриционных сигналов Non-destructive control of units of complicated machinery complexes according to mutual statistic characteristics of vibration signals |
| description |
Наведено коротку характеристику приладів вібраційного контролю та наведені основні вимоги до їх проектування. розглянуто результати аналізу горизонтальної та вертикальної складових вібрацій підшипникового вузла вугільного конвеєра, реалізації котрих були отримані за допомогою створеної у ФМІ НАН України переносної віброакустичної системи. з використанням методів статистики періодично корельованих випадкових процесів (ПКВП) встановлені основні властивості характеристик періодичної нестаціонарності другого порядку стохастичної складової вібрації при наявності дефекту, виявлена їх висока чутливість до зміни параметрів дефекту. показано, що взаємний ПКВП-аналіз складових вібрації дає можливість локалізувати дефекти та встановлювати їх типи.
Дана краткая характеристика приборов вибрационного контроля и приведены основные требования к их проектированию. рассмотрены результаты анализа горизонтальной и вертикальной составляющих вибраций подшипникового узла угольного конвейера, реализации которых были получены с помощью созданной в ФМИ НАН Украины переносной виброакустической системы. С использованием методов статистики периодически коррелированных случайных процессов (ПКCП) установлены основные свойства характеристик периодической нестационарности второго порядка стохастической составляющей вибрации при наличии дефекта, обнаружена их высокая чувствительность к изменению параметров дефекта. показано, что взаимный ПКCП-анализ составляющих вибрации дает возможность локализовать дефекты и устанавливать их типы.
A brief description of vibration control devices and main requirements to their designing are given. The results of analysis of the horizontal and vertical components of vibrations of the bearing unit of the coal conveyor were considered, the realizations of which were obtained with the help of the portable vibroacoustic system created at the PhMI of the NAS of Ukraine. Using the methods of statistics of periodically correlated random processes (PCRP), the main properties of characteristics of the second-order periodic nonstationarity of the stochastic vibration component were established in the presence of a defect, their high sensitivity to change in the defect parameters was detected. It is shown that mutual PCRP-analysis of the vibration components makes it possible to localize the defects and establish their types.
|
| issn |
0235-3474 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160207 |
| citation_txt |
Неруйнівний контроль вузлів складних машинних комплексів за взаємостатистичними характеристиками вібраційних сигналів / Р.М. Юзефович, О.Ю. Дзерин, І.Й. Мацько, І.М. Яворський, І.Г. Стецько // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 3. — С. 14-20. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT ûzefovičrm neruinívniikontrolʹvuzlívskladnihmašinnihkompleksívzavzaêmostatističnimiharakteristikamivíbracíinihsignalív AT dzerinoû neruinívniikontrolʹvuzlívskladnihmašinnihkompleksívzavzaêmostatističnimiharakteristikamivíbracíinihsignalív AT macʹkoíi neruinívniikontrolʹvuzlívskladnihmašinnihkompleksívzavzaêmostatističnimiharakteristikamivíbracíinihsignalív AT âvorsʹkiiím neruinívniikontrolʹvuzlívskladnihmašinnihkompleksívzavzaêmostatističnimiharakteristikamivíbracíinihsignalív AT stecʹkoíg neruinívniikontrolʹvuzlívskladnihmašinnihkompleksívzavzaêmostatističnimiharakteristikamivíbracíinihsignalív AT ûzefovičrm nerazrušaûŝiikontrolʹuzlovsložnyhmašinnyhkompleksovpovzaimostatističeskimharakteristikamvibricionnyhsignalov AT dzerinoû nerazrušaûŝiikontrolʹuzlovsložnyhmašinnyhkompleksovpovzaimostatističeskimharakteristikamvibricionnyhsignalov AT macʹkoíi nerazrušaûŝiikontrolʹuzlovsložnyhmašinnyhkompleksovpovzaimostatističeskimharakteristikamvibricionnyhsignalov AT âvorsʹkiiím nerazrušaûŝiikontrolʹuzlovsložnyhmašinnyhkompleksovpovzaimostatističeskimharakteristikamvibricionnyhsignalov AT stecʹkoíg nerazrušaûŝiikontrolʹuzlovsložnyhmašinnyhkompleksovpovzaimostatističeskimharakteristikamvibricionnyhsignalov AT ûzefovičrm nondestructivecontrolofunitsofcomplicatedmachinerycomplexesaccordingtomutualstatisticcharacteristicsofvibrationsignals AT dzerinoû nondestructivecontrolofunitsofcomplicatedmachinerycomplexesaccordingtomutualstatisticcharacteristicsofvibrationsignals AT macʹkoíi nondestructivecontrolofunitsofcomplicatedmachinerycomplexesaccordingtomutualstatisticcharacteristicsofvibrationsignals AT âvorsʹkiiím nondestructivecontrolofunitsofcomplicatedmachinerycomplexesaccordingtomutualstatisticcharacteristicsofvibrationsignals AT stecʹkoíg nondestructivecontrolofunitsofcomplicatedmachinerycomplexesaccordingtomutualstatisticcharacteristicsofvibrationsignals |
| first_indexed |
2025-11-27T07:32:25Z |
| last_indexed |
2025-11-27T07:32:25Z |
| _version_ |
1850806579165659136 |
| fulltext |
14 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
УДК 621.391:519.22 https://doi.org/10.15407/tdnk2017.03.02
нерУйнІвний КОнтрОль вУзлІв СКлаДних
машинних КОмплеКСІв за взаЄмОСтатиСтиЧними
хараКтериСтиКами вІБраЦІйних СиГналІв
р. М. ЮЗеФовИч1 , 3, о. Ю. дЗерИН1 , і. й. МАцько1 , і. М. ЯворСькИй 1 , 2 , і. . Стецько1
1Фіз.-мех. ін.-т ім. Г. в. Карпенка нан України. 79060, м. львів, вул. наукова, 5. E-mail: roman.yuzefovych@gmail.com
2Інститут телекомунікації технологічно-природничого університету. 85796, польща, м. Бидгощ, алея проф. С. Каліскего, 7
3національний університет «львівська політехніка», м . львів, ул. Степана Бандери, 12
наведено коротку характеристику приладів вібраційного контролю та наведені основні вимоги до їх проектування.
розглянуто результати аналізу горизонтальної та вертикальної складових вібрацій підшипникового вузла вугільного
конвеєра, реалізації котрих були отримані за допомогою створеної у ФмІ нан України переносної віброакустичної
системи. з використанням методів статистики періодично корельованих випадкових процесів (пКвп) встановлені
основні властивості характеристик періодичної нестаціонарності другого порядку стохастичної складової вібрації при
наявності дефекту, виявлена їх висока чутливість до зміни параметрів дефекту. показано, що взаємний пКвп-аналіз
складових вібрації дає можливість локалізувати дефекти та встановлювати їх типи. Бібліогр. 10, рис. 13.
К л ю ч о в і с л о в а : періодично корельовані випадкові процеси, прилади вібраційного контролю, інтегральна і поком-
понентна функція когерентності, нестаціонарний аналіз, вібраційний сигнал
необхідність переходу від контролю працез-
датності технічних об’єктів до діагностування
дефектів, що зароджуються, приводить до пошу-
ку таких діагностичних ознак, які відчувають не-
значні відхилення параметрів технічного стану від
норми. виявлення несправностей, які ще не при-
вели до катастрофічних наслідків, визначення сту-
пеня розвитку дефекту і його ознак можливі лише
на основі детального дослідження структури ві-
бросигналів та її зв’язку з кінематикою і динамі-
кою механізмів.
вібраційний сигнал є інформативним діагнос-
тичним інструментом, оскільки на основі отрима-
ної та обробленої інформації можна оптимізува-
ти планування поточного і капітального ремонту,
збільшити міжремонтний інтервал, зменшити ви-
трати на закупівлю запчастин та матеріалів [1].
тому проведення періодичної діагностики є акту-
альною задачею.
Прилади вібраційного контролю. на даний час
існує багато приладів вібродіагностичного контро-
лю. всі вібродіагностичні прилади можна розділити
на дві основні групи: переносні та стаціонарні.
переносні прилади вібраційного контролю
об’єднані основною характеристикою – вони
зручні в транспортуванні, дають користувачу ве-
лику свободу дій та можливість використання на
різних об’єктах. проте функціональні можливо-
сті та клас завдань, які може виконувати кожен з
представлених приладів, достатньо різні. Корис-
тувач може легко обрати прилад в залежності від
рівня складності діагностичних задач, які вима-
гає той чи інший тип механізмів. Існує достатньо
багато приладів у вигляді двоканальних аналіза-
торів вібрації, основні функції яких – контроль
параметрів вібрації (швидкість, прискорення, пе-
реміщення), частоти обертання і аналіз спектраль-
них діаграм вібрації пошкоджених вузлів машин
і агрегатів, аналіз спектру в «ручному» і «авто-
матичному» режимі. прилади обладнані пам’ят-
тю, використовують п’єзоелектричні датчики ві-
брації, працюють в діапазоні частот 2…40000 Гц
та оснащені інтерфейсом зв’язку з персональ-
ним комп’ютером через RS-232. результат їх об-
робки: загальний рівень сигналу, форма сигналу,
спектр, спектр огинаючої, спектр власних частот,
спектр 1/3 октавний, розгін/вибіг, амплітуда/фаза,
пік-фактор, ексцес, орбіта, величина струму.
Особливу увагу привертає ряд приладів фірми
Bruel & Kjaer (Данія). Це віброметр типу 2250-H,
аналізатори динамічних сигналів, аналізатор спек-
тру з багатоканальними модулями вводу 3050, 3052
та 3053, що використовуються для різних вимірю-
вань вібрації з широким набором акселерометрів,
працюють в реальному масштабі часу і створені
для швидких і точних вимірювань. Області засто-
сування: випробування в транспортних засобах та
на борту літака, акустичні і вібраційні випробу-
вання з низькорівневими сигналами в польових,
лабораторних та інших умовах, дистанційне ви-
мірювання. Особливості – портативність і неве-
лика маса, інтерфейс USB 2.0, подача живлення
через USB-інтерфейс. Своє місце на ринку діагнос-
тичних приладів зайняли також фірми Fixturlaser
(швеція), CSI Technologies (Сша) і Baltech GmbH
(німеччина). Основна галузь застосування – моні-
© р. м. Юзефович, О. Ю. Дзерин, І. й. мацько, І. м. Яворський, І. Г. Стецько, 2017
15ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
торинг технічного стану та діагностика дефектів
механічного промислового обладнання.
Стаціонарні прилади вібраційного контролю
використовуються для регулярного моніторингу
вібраційного стану механізмів. Дані системи ма-
ють значно розширений набір функцій порівняно
з портативними пристроями. вітчизняні вироб-
ники пропонують декілька стаціонарних систем:
прилад контролю віброшвидкості опор підшип-
ника, прилад контролю вібропереміщення ротора,
аналізатори спектру Zet 017 U8/-U4 (восьми- і чо-
тириканальні). Це – багатофункціональні прилади
для вимірювання параметрів спектральних скла-
дових сигналів, кореляційної структури сигналів,
генерації електричних сигналів з нормованими
метрологічними параметрами. вони застосову-
ються для вимірювання рівнів шуму і вібрації,
атестації випробувального обладнання, моніто-
рингу стану механізмів, діагностики зубчастих пе-
редач, підшипників, роторів і турбін.
Цілу низку стаціонарних комплексів віброді-
агностики представляє група компаній «Диа-
мех»: комплекс вимірювання і контролю пара-
метрів роторних агрегатів, cтаціонарні комплекси
вібраційного контролю і захисту роторного об-
ладнання, напівстаціонарна система вібродіагнос-
тики, стаціонарний комплекс контролю вібрації.
Основні особливості: контроль різноманітних па-
раметрів з будь-якими налаштуваннями, відмін-
ні технічні характеристики – розширений частот-
ний і динамічний діапазони, високе спектральне
розділення за рахунок використання сучасної ба-
гатоканальної плати аЦп і цифрових алгорит-
мів обробки даних, можливість контролю і аналі-
зу будь-яких технологічних параметрів (частота
обертання, температура, споживаний струм, тиск і
т. д.), висока періодичність вимірювань, вбудовані
алгоритми параметричного аналізу нестаціонар-
них процесів, оперативна оцінка поточного стану
обладнання. також існує ряд стаціонарних систем
вібродіагностики, основна функція яких – непе-
рервне відстеження вібраційного стану підшип-
никових вузлів (вібромоніторинг), контроль тем-
ператури і тиску середовищ, врахування витрати
рідин і пари, знаходження дефектів на стадії за-
родження на основі автоматизованого отримання
вимірювальної інформації, її передавання, збері-
гання, обробка і відображення в вигляді, зручному
для сприйняття оператором [2].
основні вимоги до проектування приладів
вібраційного контролю. найбільш раціональни-
ми, на наш погляд, можна вважати прилади вібра-
ційного контролю з використанням трьохосьових
датчиків (акселерометрів). Основна їх перевага
над іншими в тому, що вони вимірюють вібрацію
в трьох напрямках одночасно – осьовому, горизон-
тальному та вертикальному. переважна більшість
діагностичних систем стоїть в колі захисту тієї чи
іншої механічної системи і в разі перевищення
гранично допустимого значення відключає остан-
ню з технологічного процесу, не ідентифікуючи,
яка саме складова призвела до аномального зна-
чення. Ще одна перевага трьохосьових датчиків –
незначні габарити та мінімальна кількість з’єдну-
вальних кабелів.
проектування приладів вібраційного контро-
лю з використанням електронних компонентів з
високим ступенем інтеграції також призводить до
збільшення розмірів та ваги.
зрозуміло, що стаціонарні прилади вібрацій-
ного контролю (системи) не вимагають критич-
них умов до споживаної потужності. протилежна
картина із використанням переносних, малогаба-
ритних приладів контролю. на контрольованих
об’єктах не завжди є можливість скористатися ме-
режею змінного струму 220 в (крани, копри ву-
гільних шахт, вугільні конвеєри, інфраструктура
морських портів). тому використання акумулято-
рів може бути доброю альтернативою мережі 50
Гц. живлення вібродіагностичних приладів від
акумуляторів ноутбука (нетбука) є оправданим,
тим більше, що з використанням сучасної еле-
ментної бази можна створити системи діагностич-
ного контролю із споживаним струмом не більше
200 ма (споживаний струм від акумулятора ноут-
бука через USB-порт не повинен перевищувати
500 ма). тому ємності батареї середнього класу
достатньо, щоб відібрати та занести інформацію
на постійний носій від багатьох точок досліджу-
ваного об’єкту.
Для переносних приладів вібраційного контролю
також можна обмежити і набір (перелік) можливих
алгоритмічно-програмних засобів, що дають можли-
вість з достатньою імовірністю виявити ті чи інші
дефекти, в тому числі ті, що зароджуються.
інтегральна та покомпонентна функції ко -
герентності. Для опису стохастичних зв’язків
стаціонарних випадкових сигналів у частотній об-
ласті широко використовується функція когерент-
ності, яка визначається виразом [3]:
( )
( )
( ) ( )
2
f
f f
ξη
ξη
ξ η
ω
γ ω =
ω ω
, (1)
де f – взаємна спектральна густина двох стаціо-
нарних стаціонарно зв’язаних сигналів, а ( )f
ξ
ω
і ( )f
η
ω – їх спектральні густини потужності.
Оскільки
( ) ( ) ( )
2
f f f
ξη ξ η
ω ≤ ω ω ,
то для функції (1) завжди виконується умо-
ва: ( )0 1
ξη
≤ γ ω ≤ [6]. Для незалежних сигналів
( ) 0
ξη
γ ω = для всіх Rω∈ . Якщо сигнали ( )tξ і
16 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
( )tη є результатом лінійних перетворень одного й
того ж процесу, то ( ) 1
ξη
γ ω = . Якщо функція коге-
рентності менша від одиниці, то це є показником
того, що має місце одна з трьох ситуацій: на один
з сигналів впливає зовнішній шум; один з сигналів
зазнав нелінійних перетворень; один з досліджу-
ваних сигналів зазнав впливу інших. при аналізі
лінійних систем функція когерентності дає мож-
ливість виділити ту частину випадкового сигналу
(t ), яка на частоті визначається процесом (t ). з
другого боку, різниця ( )1
ξη
− γ ω характеризує ту
частину, яка не корелює з (t ).
також для визначення технічного стану меха-
нізмів циклічної дії використовують функцію ко-
герентності, яка характеризує взаємозв’язок ок-
ремих модулюючих процесів ( )k tξ і ( )l tη . Цю
функцію когерентності визначають на основі їх
авто- і взаємоспектральних густин, а саме
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
1
2
k l
k l
k k l l
f
f f
ξη
ξη
ξ η
ω
γ ω =
ω ω
(2)
і називати покомпонентною, а різницю між номе-
рами стаціонарних компонентів k і l – її поряд-
ком. У роботах [4, 5] показано, що функції (1) і
(2) не змінюються при лінійних перетвореннях, а
також показано доцільність їх використання при
розв’язанні задач вібродіагностики.
Нестаціонарний аналіз вібраційних сигналів.
проведемо детальний аналіз структури вібраційних
сигналів відібраних з підшипникових вузлів елек-
тродвигуна (Р = 355 квт, N = 1460 об/хв.) вугільного
конвеєра за допомогою вібродіагностичної систе-
ми пУльС [6, 7] при режимі роботи без наванта-
ження. відповідно до стандартів ДСтУ ISO 2372,
ISO 10816-1-97 даний електродвигун відносить-
ся до 2 класу механізмів. Частоту дискретизації при
відборі вібраційних сигналів вибрано 25 кГц, час за-
пису реалізацій 20 с. згідно роботи [8] така довжина
реалізації вібраційного сигналу забезпечує похибку
обробки не більше 5 %.
на рис. 1 наведено фрагмент реалізації верти-
кальної (рис. 1, а) та горизонтальної (рис. 1, б) скла-
дової вібрації. з наведеного (рис. 1, а) чітко видно
коливання основної гармонічної складової (25 Гц).
Графіки кореляційної функції вертикальної
складової (рис. 2) вібраційного сигналу в ста-
ціонарному наближенні вказують на те, що у
вертикальній і горизонтальній складових сиг-
налу присутня потужна детермінована складо-
ва. Співвідношення сигнал/шум для вертикаль-
ної складової 30:1, а для горизонтальної – 3:1.
хвости кореляційних функцій мають характер
незатихаючих коливань з частотою, що відпові-
дає частоті обертання вала (25 Гц). Кореляційна
функція горизонтальної складової містить вики-
ди 25 Гц.
Рис. 1. Фрагмент реалізації вертикальної (а) та горизонтальної (б) складової вібрації електродвигуна
Рис. 2. Кореляційна функція вертикальної (а) та горизонтальної (б) складової вібрації електродвигуна
Рис. 3. Спектральна густина вертикальної (а) та горизонтальної (б) складової вібрації електродвигуна
17ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
Спектральна густина потужності вертикальної
складової вібраційного сигналу (рис. 3, а) в стаці-
онарному наближенні містить основну гармоніч-
ну складову, що відповідає частоті обертання вала
(25 Гц), на яку припадає понад 90 % потужнос-
ті детермінованих коливань вібраційного сигналу
та кілька кратних до неї малопотужних гармонік.
Спектральна густина потужності горизонтальної
складової вібраційного сигналу в стаціонарному
наближенні зосереджена у смузі частот до 250 Гц,
містить основну гармонічну складову, що відпові-
дає частоті обертання вала (25 Гц) та кілька крат-
них до неї потужних гармонік (рис. 3, б).
з використанням методу найменшого квадрату
розділено детерміновану та стохастичну складові
вібраційного сигналу та проведено аналіз кожної з
них окремо. на рис. 4 наведено графік математич-
ного сподівання вертикальної (рис. 4, а) та гори-
зонтальної (рис. 4, б) складової сигналу, на яких
чітко проявляються коливання основного періоду.
Серед компонентів Фур’є математичного спо-
дівання вертикальної складової вібрації значу-
щими є перші сім гармонік (рис. 5, а), найпотуж-
нішою серед яких є перша, на яку припадає 75 %
потужності коливань, а горизонтальної – значу-
щими є вісім гармонік (рис. 5, б), найпотужнішми
серед яких є третя, четверта, п’ята і сьома, на які
припадає понад 80 % потужності коливань.
Графік стохастичної складової вертикальної та
горизонтальної складових вібраційного сигналу
показано на рис. 6.
Рис. 4. математичне сподівання вертикальної (а) та горизонтальної (б) складової вібрації електродвигуна
Рис. 5. Компоненти матсподівання вертикальної (а) та горизонтальної (б) складової вібрації
Рис. 6. Стохастична складова сигналу вертикальної (а) та горизонтальної (б) складової вібрації
Рис. 7. Кореляційна функція стохастичної складової вертикальної (а) та горизонтальної (б) вібрації
18 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
затихаючий хвіст кореляційних функцій вер-
тикальної (рис. 7, а) і горизонтальної (рис. 7, б)
складових у стаціонарному наближенні свідчить
про відсутність у ній детермінованих коливань. з
графіків чітко видно, що на хвостах кореляційних
функцій присутні викиди, що відповідають часто-
ті обертання валу (25 Гц).
Спектральні густини потужності стохастичної
складової вертикальної (рис. 8, а) та горизонталь-
ної (рис. 8, б) складових вібраційного сигналу в
стаціонарному наближенні мають піки на частоті
обертання та кратних до неї частотах.
використовуючи когерентний кореляційний
функціонал для пошуку прихованих періодично-
стей 2-го порядку у стохастичній складовій ві-
браційного сигналу виявлено потужну модуляцію
стаціонарними випадковими процесами частоти
24,67 Гц (0,040535 с), що відповідає частоті обер-
тання валу. залежність даного функціоналу від
пробного періоду для вертикальної і горизонталь-
ної вібрації показано на рис. 9.
Оцінивши значення періоду не стаціонар-
ності, проведемо повний нестаціонарний аналіз
структури стохастичної складової вібраційно-
го сигналу. за допомогою компонентного методу
оцінено дисперсію та її компоненти Фур’є. від-
ношення мінімального значення дисперсії за пе-
ріод до максимального для вертикальної складо-
вої є 0,29 (рис. 10, а), а для горизонтальної – 0,28
(рис. 10, б). Як видно з (рис. 10, б) дисперсія має
значний викид за період.
Серед значущих компонентів дисперсії верти-
кальної складової є перші три, найпотужнішим
серед яких є нульовий (рис. 11, а), а горизонталь-
ної – перші п’ять, найпотужнішим серед яких є
нульовий (рис. 11, б).
Рис. 8. Спектр стохастичної складової вертикальної (а) та горизонтальної (б) вібрації електродвигуна
Рис. 9. Функціонал визначення періоду стохастичної складової вертикальної (а) та горизонтальної (б) вібрації
Рис. 10. Дисперсія стохастичної складової вертикальної (а) та горизонтальної (б) вібрації
Рис. 11. Компоненти дисперсії стохастичної складової вертикальної (а) та горизонтальної (б) вібрації
19ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
таким чином, провівши нестаціонарний аналіз
вібраційних сигналів, можна стверджувати, що в
підшипникових вузлах електродвигуна вугільного
конвеєра присутній розвинутий дефект. Для вста-
новлення типу дефекту проведемо взаємокореля-
ційний [9] та взаємоспектральний [10] аналізи ві-
браційних сигналів та визначимо інтегральну та
покомпонентну функції когерентності.
Інтегральна функція когерентності (рис. 12)
має вигляд гребінки в області низьких частот, яка
є помітно зсунутою відносно області частот, що
відповідають частотам гармонік обертання вала
24,67 Гц (0,040535). незначні підвищення значень
появляються також у вищій області частот.
Частотні залежності покомпонентної функції
когерентності (рис. 13) також мають щитоподіб-
ний вигляд з найбільшим максимумом біля часто-
ти, яка відповідає частоти обертання вала.
такі властивості функцій когерентності можна
пояснити наявністю розподіленого дефекту – не-
рівномірного навантаження на зовнішнє кільце, а
також появи його локального руйнування.
висновки
розглянуто існуючі методи та засоби контролю
стану вузлів обертових механізмів, що дозволяють,
як правило, виявляти розподілені дефекти або роз-
винуті дефекти присутні у ньому. підтверджено, що
використання нестаціонарного підходу до аналізу ві-
браційних сигналів дає можливість локальні дефекти
вузлів механізму на ранній стадії їх зародження, що
в свою чергу дозволяє уникнути аварійних ситуацій.
показано, що поява дефекту у вузлі механічної систе-
ми призводить до того, що вібраційні сигнали набува-
ють властивостей періодичної нестаціонарності 2-ого
порядку і можуть бути описані у вигляді періодично
корельованих випадкових процесів, а діагностичні
ознаки, побудовані на імовірнісних характеристиках
періодичної нестаціонарності 2-го порядку є чутли-
вішими до збільшення дефекту, ніж ті, що побудова-
ні на основі детермінованої складової вібраційного
сигналу. застосування взаємостатистичних характе-
ристик вібраційних сигналів, а саме проведення вза-
ємокореляційного і взаємоспектрального аналізів, з
використанням інтегральної та покомпонентної функ-
цій когерентності дає можливість виявити та встано-
вити тип дефекту.
Список литературы
1. мигущенко р. п. (2014) Елементи контролю та діагно-
стики стану вібраційних об ктів, харків, «підручник
нтУ «хпІ».
2. Клюев в. в. (1978) Приборы и системы для измерения
вибрации, шума и удара: Справочник. в 2-х кн. Кн. 1.
москва., машиностроение.
3. Кравець І. Б., Юзефович р. м., Стецько І. Г., Дуб п. Б.,
Яворський І. м. Вібраційна діагностична система, Украї-
на, пат. 102759, мпК G01M 13/04, H03K 3/84, G01V 1/40.
4. Яворський І. м., Юзефович р. м., мацько І. й. та ін.
(2015). розробка вібродіагностичної системи для визна-
чення дефектів промислового обладнання з викори-
станням методів нестаціонарної статистичної обробки
вібраційних та акустичних коливань. Техническая диа-
гностика и неразрушающий контроль, 4, 36–41.
5. Яворський І. м. (2013). Математичні моделі та аналіз
стохастичних коливань, львів, ФмІ нан України.
6. Бендат Дж., пирсол а. (1989). Прикладной анализ слу-
чайных данных. москва, мир.
7. Яворский и. м., Юзефович р. м., мацько и. й., закжев-
ски з. (2016). Функция когерентности взаимосвязанных
периодически нестационарных случайных процессов.
звестия Вузов. Радиоэлектроника, 59, 3, 40–51.
8. Яворский и. м., Юзефович р. м., мацько и. й., закжев-
ски з. (2017). покомпонентная функция когерентности
взаимосвязанных периодически нестационарных слу-
чайных процессов. Там же, 60, 1 , С. 37–49.
9. Яворський І. м., Юзефович р. м., Кравець І. Б. (2012).
взаємокореляційний когерентний аналіз періодично не-
стаціонарних випадкових сигналів. Відбір і обробка ін-
формації, 36, 5–13.
10. Яворський І. м., Юзефович р. м., мацько І. й. (2016).
Когерентний взаємоспектральний аналіз часових рядів.
Там же, 43 (119), 32–38.
Рис. 12. Оцінка інтегральної функції когерентності k = 0 (а) і k = 1 (б)
Рис. 13. покомпонентна функція когерентності 1-го (а) та 2-го (б) порядків
20 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
References
1. Migushchenko, R.P. (2014) Elements of inspection and
diagnostics of vibration object state. Kharkiv, Manual of
STU KhPI [in Russian].
2. Klyuev, V.V. (1978) Tools and systems for measurement of
vibration, noise and impact. In: Refer. book 1. Moscow,
Mashinostroenie [in Russian].
3. Kravets, I.B., Yuzefovych, R.M., Stetsko, I.G. et al. Vibration
diagnostic system. Pat. Ukraine.102759, Int. Cl. G01M
13/04, H03K 3/84, G01V 1/40 [in Ukrainian].
4. Yavorskyi, I.M., Yuzefovich, R.M., Matsko, I.J. et al. (2015)
Development of vibrodiagnostic system for determination of
industrial equipment defects with application of methods of non-
stationary statistical treatment of vibration and acoustic oscillations.
Tekhn. Diagnost. i Nerazrush. Kontrol, 4, 36-41 [in Russian].
5. Yavorskyi, I.M. (2013) Mathematical models and analysis of
stochastic oscillations. Lviv, FMI NAS of Ukraine [in Ukrainian].
6. Bendat, J., Pirsol, A. (1989) Applied analysis of hash.
Moscow, Mir [in Russian].
7. Yavorsky, I.M., Yuzefovich, R.M., Matsko, I.Y. et al. (2016)
Coherence function of interrelated periodically nonstationary
random processes. Izv. Vuzov, Radioelektronika, 59 (3), 40-51
[in Russian].
8. Yavorsky, I.M., Yuzefovich, R.M., Matsko, I.Y. et al.
(2017) Componentwise coherence function of interrelated
periodically nonstationary random processes. Ibid., 60(1 ),
37-49 [in Russian].
9. Yavorskyi, I.M., Yuzefovych, R.M., Kravets, I.B. (2012)
Cross-correlation coherent analysis of periodically
nonstationary random signals. Vidbir i Obrobka Informatsii,
36, 5-13 [in Ukrainian].
10. Yavorskyi, I.M., Yuzefovych, R.M., Matsko, I.Y. (2016)
Coherent cross-spectral analysis of time series. Ibid.,
43(119), 32-38.
неразрУшаЮЩий КОнтрОль УзлОв
СлОжных машинных КОмплеКСОв пО
взаимОСтатиСтиЧеСКим хараКтериСтиКам
виБриЦиОнных СиГналОв
р. м. ЮзеФОвиЧ 1,3, О. Ю. Дзерин 1, и. й. маЦьКО 1,
и. н. ЯвОрСКий 1,2, и. Г. СтеЦКО1
1Физ.-мех. ин-т им. Г. в. Карпенко нан Украины. 79060,
г. львов, ул. научная, 5. E-mail: roman.yuzefovych@gmail.com
2институт телекоммуникации технологически-естествовед-
ческого университета. 85796, польша, Быдгощ,
аллея проф. С. Калискего, 7
3национальный университет «львивська политэхника»,
г . львов, ул. Степана Бандеры, 12
Дана краткая характеристика приборов вибрационного контроля
и приведены основные требования к их проектированию. рас-
смотрены результаты анализа горизонтальной и вертикальной со-
ставляющих вибраций подшипникового узла угольного конвей-
ера, реализации которых были получены с помощью созданной
в Фми нан Украины переносной виброакустической системы.
С использованием методов статистики периодически коррелиро-
ванных случайных процессов (пКCп) установлены основные
свойства характеристик периодической нестационарности второ-
го порядка стохастической составляющей вибрации при наличии
дефекта, обнаружена их высокая чувствительность к изменению
параметров дефекта. показано, что взаимный пКCп-анализ со-
ставляющих вибрации дает возможность локализовать дефекты
и устанавливать их типы. Библиогр. 10, рис. 13.
Ключевые слова: периодически коррелированные случайные
процессы, приборы вибрационного контроля, интегральная и по-
компонентная функция когерентности, нестационарный анализ,
вибрационный сигнал
NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF UNITS OF
COMPLICATED MACHINERY COMPLEXES ACCORDING
TO MUTUAL STATISTIC CHARACTERISTICS OF
VIBRATION SIGNALS
R. M. YUZEFOVYCH1,3, O. YU. DZERYN1, I. Y. MATSKO1,
I. M. YAVORSKYI1,2, I.G. STETSKO1
1G. V. Karpenko Physical-Mechanical Institute of the NAS of
Ukraine, 5, Naukova str., 79060, Lviv, Ukraine.
е-mail: roman.yuzefovych@gmail.com
2Institute of Telecommunications of the Technological
and Natural University, 7, prof. S. Kaliskego ave., 85796,
Bydgoszcz, Poland
3Lviv Polytechnic National University, Lviv, 12 Stepana Bandery str.
A brief description of vibration control devices and main requirements
to their designing are given. The results of analysis of the horizontal
and vertical components of vibrations of the bearing unit of the coal
conveyor were considered, the realizations of which were obtained with
the help of the portable vibroacoustic system created at the PhMI of the
NAS of Ukraine. Using the methods of statistics of periodically corre-
lated random processes (PCRP), the main properties of characteristics
of the second-order periodic nonstationarity of the stochastic vibration
component were established in the presence of a defect, their high sen-
sitivity to change in the defect parameters was detected. It is shown that
mutual PCRP-analysis of the vibration components makes it possible to
localize the defects and establish their types.10 – Ref., 13 – Fig.
Keywords: periodically correlated random processes, vibration
control devices, integral and componentwise coherence function, non-
stationary analysis, vibration signal
Надійшла до редакції
03.02.2017
Українське товариство неруйнівного контролю та технічної діагностики,
Інститут електрозварювання ім. Є.О. патона нанУ, нвФ «Діагностичні прилади»
в дні роботи XVI міжнародного промислового форуму-2017
(21-24.11.2017) проводить науково-технічний семінар
Нові технології неруйнівного контролю і можливості їх практичного застосування
в ма инобудуванні та суміжних галузях
Семінар відбудеться 22 листопада 2017 року у міжнародному виставковому центрі за адресою:
м. Київ, Броварський проспект, 15 (ст. метро «лівобережна»).
|