Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования
В статье предложена методика идентификации дефектов машин и оборудования, основанная на методах цифровой обработки сигнала, на основе которой проведено численное исследование и выделены частоты в спектре исследуемого вибросигнала, соответствующие определенным неисправностям подшипников. Выделение...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2417 |
| 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: | Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования / Е.Е. Федоров // Мат. машини і системи. — 2008. — N 2. — С. 152-157. — Библиогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859656511631917056 |
|---|---|
| author | Федоров, Е.Е. |
| author_facet | Федоров, Е.Е. |
| citation_txt | Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования / Е.Е. Федоров // Мат. машини і системи. — 2008. — N 2. — С. 152-157. — Библиогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | В статье предложена методика идентификации дефектов машин и оборудования, основанная на методах
цифровой обработки сигнала, на основе которой проведено численное исследование и выделены частоты в
спектре исследуемого вибросигнала, соответствующие определенным неисправностям подшипников.
Выделение исследуемого диапазона частот осуществляется с помощью строгих максимумов, жесткого порога
и учета информативных частот.
У статті запропонована методика ідентифікації дефектів машин і устаткування, заснована на методах
цифрової обробки сигналу, на основі якої проведене чисельне дослідження й виділені частоти у спектрі
досліджуваного вібросигналу, що відповідають певним несправностям підшипників. Виділення досліджуваного
діапазону частот здійснюється за допомогою строгих максимумів, твердого порога й обліку інформативних
частот.
In the article the technique of identification of defects of machines and equipment based on methods of digital
processing of a signal is offered, on the base of which numerical research is conducted and the frequencies in a
spectrum of a researched appropriating certain faults of bearings are chosen. Choosing researched range frequencies
is implemented with the help of strict maxima, strong threshold and informative frequencies.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:39:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
152 © Федоров Е.Е., 2008
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2008, № 2
УДК 004.934.1’1
Е.Е. ФЕДОРОВ
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ МАШИН И
ОБОРУДОВАНИЯ
Abstract: In the article the technique of identification of defects of machines and equipment based on methods of
digital processing of a signal is offered, on the base of which numerical research is conducted and the frequencies in
a spectrum of a researched appropriating certain faults of bearings are chosen. Choosing researched range
frequencies is implemented with the help of strict maxima, strong threshold and informative frequencies.
Key words: identification of defects of machines and equipment, discrete Fourier transform, vibrosignal, allocation of
researched range frequencies, informative frequencies, strict maxima, strong threshold.
Анотація: У статті запропонована методика ідентифікації дефектів машин і устаткування, заснована на
методах цифрової обробки сигналу, на основі якої проведене чисельне дослідження й виділені частоти у
спектрі досліджуваного вібросигналу, що відповідають певним несправностям підшипників. Виділення
досліджуваного діапазону частот здійснюється за допомогою строгих максимумів, твердого порога й
обліку інформативних частот.
Ключові слова: ідентифікація дефектів машин і устаткування, дискретне перетворення Фур'є,
вібросигнал, виділення досліджуваного діапазону частот, інформативні частоти, строгі максимуми,
твердий поріг.
Аннотация: В статье предложена методика идентификации дефектов машин и оборудования,
основанная на методах цифровой обработки сигнала, на основе которой проведено численное
исследование и выделены частоты в спектре исследуемого вибросигнала, соответствующие
определенным неисправностям подшипников. Выделение исследуемого диапазона частот
осуществляется с помощью строгих максимумов, жесткого порога и учета информативных частот.
Ключевые слова: идентификация дефектов машин и оборудования, дискретное преобразование Фурье,
вибросигнал, выделение исследуемого диапазона частот, информативные частоты, строгие максимумы,
жесткий порог.
1. Введение
Актуальность. В настоящее время является актуальной разработка систем, предназначенных для
идентификации дефектов машин и оборудования. Эти системы имеют широкую область
применения: обнаружение неисправностей вентиляторов, подъемных машин, насосов и др.
Суть вопроса. В литературе приведены системы обнаружения неисправностей,
выделяющие только определенные дефекты [1–2]. Кроме того, эти методы часто обладают
высокой вычислительной сложностью и требуют дорогостоящего оборудования.
Постановка задачи. Для повышения надежности обнаружения неисправностей необходимо
разработать методику идентификации дефектов машин и оборудования.
2. Идентификация дефектов машин и оборудования
В статье рассматриваются:
– классификация машин;
– выбор набора признаков;
– выбор метода идентификации дефектов;
– количественный анализ предложенной методики.
При оценке вибрационного состояния выделяют четыре класса машин [3]:
а) класс 1 ( 1W ) – машины мощностью до 15 кВт;
б) класс 2 ( 2W ) – машины мощностью от 15 кВт до 875 кВт без специальных фундаментов
или до 300 кВт на специальных фундаментах;
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2008, № 2
153
в) класс 3 ( 3W ) – машины мощностью до 10000 кВт;
г) класс 4 ( 4W ) – машины мощностью более 10000 кВт.
Для машин каждого класса, работающих в установившемся режиме, формируется эталон
),,,,( 54321 eeeeeE = ,
где 1e – пороговая амплитуда спектра виброскорости, зависящая от класса iW и
табулированная в [3], при превышении которой машина становится непригодной для непрерывной
эксплуатации (мм/с);
2e – пороговая амплитуда спектра виброскорости, зависящая от класса iW и
табулированная в [3], при превышении которой требуется немедленный останов машины (мм/с);
3e – частота вращения рабочего органа (об/мин);
4e – вектор признаков, используется только для подшипников качения:
),,,,(4 ттвн NDDDe α= ,
где α – угол контакта тел вращения с подшипником (градус);
нD – посадочный размер наружного кольца (мм);
вD – посадочный размер внутреннего кольца (мм);
тD – диаметр тела качения (мм);
тN – количество тел качения;
5e – количество зубьев зубчатой муфты, используется только для зубчатой муфты.
3. Методика идентификации дефектов машин и оборудования
1. Расчет информативных частот и их гармоник, гармоник и субгармоник (кратны 1/2, 1/3) частоты
вращения рабочего органа и формирование из них множества ифK .
2. Вычисление спектра вибросигнала.
Прямое дискретное преобразование Фурье сигнала )(nx длиной N представлено в виде
(1):
( ) ( ) 1,0,)/2(
1
0
−∈= −
−
=
∑ NkenxkX nkNj
N
n
π
. (1)
Амплитуда спектра вычисляется согласно (2):
|)(|)( kXkA = . (2)
3. Выделение строгих максимумов из спектра:
+><−
=
иначе
kAkAkAkA
kAсм ,0
)1()()1(),(
)( . (3)
4. Применение жесткого порога P к полученному спектру )(kAсм :
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2008, № 2
154
>
=
иначе
PkAkA
kA смсм
смп ,0
)(),(
)( , (4)
M
kA
P
N
k
см∑
== 0
)(
, (5)
где M – количество частот с ненулевой амплитудой.
5. Выбор частот с ненулевой амплитудой, соответствующих информативным из спектра
)(kAсмп :
∈∧>
=
иначе
KkkAkA
kA ифсмпсмп
смпиф ,0
0)(),(
)( . (6)
6. Анализ амплитуд частот спектра )(kAсмпиф :
≤≤
=
иначе
ekAekA
kA смпифсмпиф
р ,0
)(),(
)( 21
, (7)
>
=
иначе
ekAkA
kA смпифсмпиф
з ,0
)(),(
)( 2
, (8)
а) если 0)(:)( >∃ kAkA рр , то требуется ремонт подшипника;
б) если 0)(:)( >∃ kAkA зз , то требуется замена подшипника.
Блок-схема предложенной методики приведена на рис.1.
Рис. 1. Блок-схема методики
анализа спектра вибросигнала
1
2
3
4
5
6
).,,,,( 54321 eeeeeE =
блок 1 – расчет информативных частот;
блок 2 – вычисление спектра вибросигнала;
блок 3 – выделение строгих максимумов из спектра )(kA ;
блок 4 – применение порога к полученному спектру
)(kAсм ;
блок 5 – выбор частот с ненулевой амплитудой,
соответствующих информативным, из спектра )(kAсмп ;
блок 6 – анализ амплитуд частот спектра )(kAсмпиф .
Для проведения численного исследования
методика анализа спектра вибросигнала была
программно реализована. В качестве измерительных и
регистрирующих средств вначале использовался
виброанализатор «Топаз» производства ООО «Диамех»
(г. Москва, Россия) и пьезоэлектрический акселерометр
типа ВИПРА 057.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2008, № 2
155
Для комнатного турбовентилятора ТВ-1, имеющего подшипники скольжения и относящегося
к классу 1W (максимальная мощность 17 Вт), были определены следующие входные переменные:
1e =2,8 мм/с, 2e =7,1 мм/с, 3e =2300 об/мин, 04 =e , 05 =e . Акселерометр устанавливался на
кожухе двигателя в вертикальном положении. На рис. 2–5 приведены исходный спектр
виброскорости (рис. 2) с выделением строгих максимумов (рис. 3), выделением строгих
максимумов, превышающих порог (рис. 4), выделением строгих максимумов, превышающих порог и
соответствующих информативным частотам (рис. 5). Согласно рис. 5, амплитуда частоты 38 Гц
(первая гармоника частоты вращения рабочего органа) превышает порог 1e , но меньше порога 2e ,
поэтому турбовентилятор требует ремонта.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10
0
11
0
12
0
13
0
14
0
15
0
16
0
17
0
18
0
19
0 f, Гц
A(f), мм/с
Рис. 2. Спектр сигнала
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10
0
11
0
12
0
13
0
14
0
15
0
16
0
17
0
18
0
19
0 f, Гц
A(f), мм/с
Рис. 3. Спектр сигнала с выделением строгих максимумов
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2008, № 2
156
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10
0
11
0
12
0
13
0
14
0
15
0
16
0
17
0
18
0
19
0 f, Гц
A(f), мм/с
Рис. 4. Спектр сигнала с выделением строгих максимумов, превышающих порог
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0
9,
5 19 28
,
38 47
,
57 66
,
76 85
,
95 10
5
11
4
12
4
13
3
14
3
15
2
16
2
17
1
18
1
19
0
20
0
f, Гц
A(f), мм/с
Рис. 5. Спектр сигнала с выделением строгих максимумов, превышающих порог и
соответствующих информативным частотам
4. Выводы
Новизна. В статье была предложена методика идентификации дефектов машин и оборудования,
основанная на методах цифровой обработки сигнала, на основе которой проведено численное
исследование и выделены частоты в спектре исследуемого сигнала, соответствующие
определенным неисправностям подшипников.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2008, № 2
157
Практическое значение. Основные положения данной работы предназначены для
реализации в интеллектуальных системах диагностики неисправностей подъемных машин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Современные методы и средства виброакустического диагностирования машин и конструкций / Ф.Я.
Балицкий, М.Д. Генкин, М.А. Иванова и др. / Под ред. акад. К.В. Фролова. – М., 1990. – 252 с .
2. Barkov A.V. Optimization of Monitoring and Diagnostics Methods for the Rotating Machines by Vibration and Noise
Measurements // Proc. of the 4th International Congress on Sound and Vibration. – Russia, St. Petersburg, 1996. –
Vol. 3. – Р. 1573–1578.
3. ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на
невращающихся частях. – Ч. 1: Общие требования.
Стаття надійшла до редакції 25.02.2008
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-2417 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-9763 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:39:34Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Федоров, Е.Е. 2008-10-07T10:07:13Z 2008-10-07T10:07:13Z 2008 Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования / Е.Е. Федоров // Мат. машини і системи. — 2008. — N 2. — С. 152-157. — Библиогр.: 3 назв. — рос. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2417 004.934.1’1 В статье предложена методика идентификации дефектов машин и оборудования, основанная на методах цифровой обработки сигнала, на основе которой проведено численное исследование и выделены частоты в спектре исследуемого вибросигнала, соответствующие определенным неисправностям подшипников. Выделение исследуемого диапазона частот осуществляется с помощью строгих максимумов, жесткого порога и учета информативных частот. У статті запропонована методика ідентифікації дефектів машин і устаткування, заснована на методах цифрової обробки сигналу, на основі якої проведене чисельне дослідження й виділені частоти у спектрі досліджуваного вібросигналу, що відповідають певним несправностям підшипників. Виділення досліджуваного діапазону частот здійснюється за допомогою строгих максимумів, твердого порога й обліку інформативних частот. In the article the technique of identification of defects of machines and equipment based on methods of digital processing of a signal is offered, on the base of which numerical research is conducted and the frequencies in a spectrum of a researched appropriating certain faults of bearings are chosen. Choosing researched range frequencies is implemented with the help of strict maxima, strong threshold and informative frequencies. ru Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Якість, надійність і сертифікація обчислювальної техніки і програмного забезпечення Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования Розробка методики ідентифікації дефектів машин і обладнання The development of the technique of identification of defects of machines and equipment Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования Федоров, Е.Е. Якість, надійність і сертифікація обчислювальної техніки і програмного забезпечення |
| title | Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования |
| title_alt | Розробка методики ідентифікації дефектів машин і обладнання The development of the technique of identification of defects of machines and equipment |
| title_full | Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования |
| title_fullStr | Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования |
| title_full_unstemmed | Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования |
| title_short | Разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования |
| title_sort | разработка методики идентификации дефектов машин и оборудования |
| topic | Якість, надійність і сертифікація обчислювальної техніки і програмного забезпечення |
| topic_facet | Якість, надійність і сертифікація обчислювальної техніки і програмного забезпечення |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2417 |
| work_keys_str_mv | AT fedorovee razrabotkametodikiidentifikaciidefektovmašinioborudovaniâ AT fedorovee rozrobkametodikiídentifíkacíídefektívmašiníobladnannâ AT fedorovee thedevelopmentofthetechniqueofidentificationofdefectsofmachinesandequipment |