Témata
Reklama

Vibrodiagnostický systém pre určovanie prevádzkových stavov strojov

Článok prezentuje vibrodiagnostický systém vyvinutý na katedre prevádzky technologických systémov FVT TU Košice so sídlom v Prešove v spolupráci s firmami National Instrument, Omega, Brüel & Kjaer a Honeywell pre potreby diagnostifikácie prevádzkových stavov strojov a výrobných systémov. Systém je overovaný v laboratóriu a v prevádzkových podmienkach v technológii obrábania a technológii vodného lúča.

Diagnostika prevádzkových stavov strojov a výrobných systémov (ďalej VS) vytvára významný priestor pre znižovanie celkového času trvania poruchových prestojov a pre účinnú prevenciu vzniku porúch. Preto je vysoko žiadúce najmä v prípade zložitých VS s vysokou hodinovou produkciou čoraz viac pozornosti venovať problematike ich diagnostifikácie. Medzi rozhodujúce časti kompletnej diagnostiky VS patrí i vibrodiagnostika, založená na snímaní, vyhodnocovaní a analýze vibrácií funkčne dôležitých súčiastok a konštrukčných uzlov VS. Príspevok prezentuje vibrodiagnostický systém vyvinutý hlavne pre potreby ďalšieho výskumu identifikácie prevádzkových stavov strojov a VS s možnosťou jeho dodatočného využitia i pre potreby pedagogickej praxe.

Štruktúra a schéma vibrodiagnostického systému

Vibrodiagnostický systém (obr. 1) tvorí päť nosných konštrukčných podsystémov:

  • zdroj vibrácií;
  • snímače vibrácií;
  • hardvér na báze kompatibilných NI modulov;
  • PC so softvérovým prostredím Labview;
  • výstupné vizualizačné zariadenia.
Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Bloková schéma vibrodiagnostického systému strojov a VS A – zdroj vibrácií (napríklad stroj alebo jeho konštrukčná časť, výrobný systém s technológiou AWJ, vibrodiagnostický model so zdrojom vibrácií) B – snímače (napríklad snímače vibrácií, teploty, optická závora) C – CompactDAQ (hardvér so špecializovanými NI modulmi pre spracovanie vibračního signálu) D – počítač so softvérom pre vytváranie a konfiguráciu simulácií, virtuálnych prístrojov, meracích a vyhodnocovacích reťazcov (LabVIEW, LabVIEW Signal Express, Measurement & Automation Explorer) E – výstupné, vizualizačné zariadenia pre indikovanie spracovaného signálu a prevádzkových stavov VS (napríklad datavideoprojektor, plazmový prezentér, LCD monitor)

Na obrázkoch 2 a 3 sú znázornené niektoré dôležité konštrukčné podsystémy prezentovaného vibrodiagnostického systému. Celkový pohľad na vibrodiagnostický systém pri jeho používaní ukazuje obr. 4.

Funkcie a možnosti prenosného vibrodiagnostického systému

Zdrojmi vibrácií v strojích a VS sú napríklad opotrebené a poškozené ložiská, vedenia, prevodovka obrábacieho stroja, alebo napríklad tlakové čerpadlo či hydraulické vedenia vo výrobných systémoch s technológiou vodného prúdu. Prenosný vibrodiagnostický systém má 9 hlavných a 7 čiastkových funkcií – oblastí použitia:

Obr. 2. Piezoelektrický snímač vibrácií a odporový snímač polohy
  • vytváranie, konfigurácia, simulácie, testovanie a zmeny virtuálnych prístrojov pre danú kombináciu snímačov vibrácií, teploty, vyhodnocovacích funkcií a algoritmov a zobrazovacích indikátorov a prostriedkov v programovacích prostrediach LabVIEW 8.5 FDS, LabVIEW Signal Express 2.5.1 a v konfiguračnom a testovacom prostredí Measurement & Automation Explorer 4.3;
  • záznam meraní vibrácií do súborov, spätné prehrávanie a vyhodnocovanie;
  • vytváranie grafov a tabuliek parametrov vibrácií, farebnej svetelnej signalizácie poplachových pásiem vibrácií;
  • on-line zobrazovanie priebehov a hodnot parametrov vibrácií na monitor, TV, dataprojektor;
  • softvérový balík Sound & Vibration Toolkit umožňuje konfiguráciu úloh s výstupmi: a) závislosti s časovou základňou – integrácia nameraného signálu pre získanie priebehov, zrýchlenia a rýchlosti vibrácie a tiež amplitúdy chvenia meraného povrchu; b) závislosti s frekvenčnou základňou – oktávová analýza vibrácií, Fourierova analýza vibrácií, podržanie max. hodnôt, štatistika, filtrovanie;
  • možnosť kontroly a riadenia virtuálnych vibrodiagnostických prístrojov cez vzdialený počítač na sieti;
  • vysokorýchlostné spracovanie vibrodiagnostického signálu pomocou hardvéru CompactDAQ – skrinka NI-9172 pre 8 modulov série C zabezpečuje ich synchronizáciu pomocou dvojice counter/timer čipov;
  • komunikácia s počítačom prostredníctvom USB 2.0 rýchlosťou do 100 kS/s/kanál, 400 kS/s/modul, celkovo max. 256 kanálov s rýchlosťou komunikácie 5 MS/s;
  • jednotlivé moduly sú uspôsobené na snímanie analógových a digitálnych vibrodiagnostických dát, generovanie analógových a digitálnych signálov: a) meranie vibrácií pomocou modulu NI-9233 s max. 4 piezoelektrickými akcelerometrami Omega ACC103 (citlivosť 10 mV/g, rozsah ±500 g) alebo Brüel & Kjær 4507-B-004 (citlivosť 100 mV/g, rozsah ±70 g);b) možnosť synchronizácie merania vibrácií s otáčkami pomocou optickej závory Turck Q12AB6LV (D) a DI modulu NI-9401 alebo AI modulov (1), c) meranie teploty max. 4 termočlánkami (modul NI-9211 (4), príp. aj moduly NI-9205 a NI-9215) alebo odporovými snímačmi (modul NI-9219);d) generovanie výstupného napäťového signálu pre ovládanie svetelnej diódovej signalizácie poplachových vibračních pásiem (modul NI-9263) – max. 4; e) spínanie elektrických obvodov reléovým elektromechanickým výstupným modulom NI-9481 pre ovládanie akčných členov pri regulácii vibrácií.spínanie elektrických obvodov reléovým elektromechanickým výstupným modulom NI-9481 pre ovládanie akčných členov pri regulácii vibrácií.
Obr. 3. CompactDAQ s NI modulami, PC so softvérom LabVIEW, detailný záber na NI modul

Oblasti využitia vyvinutého vibrodiagnostického systému

Využitie vo vede a výskumu spočíva v skúmaniu a analýze vplyvu vibrácií na prevádzkovú spoľahlivosť a prevádzkové stavy VS a vytváraniu modelov pre simuláciu vplyvu vibrácií na prevádzkovú spoľahlivosť a znižovanie nákladov na prevádzku VS. V podnikateľskej sfére vibrodiagnostický systém slúži pre kvantifikáciu a analýzu vibrácií vybraných konštrukčných častí strojov v prevádzkových podmienkach a pre vypracovanie návrhov na odstraňovanie, prípadne elimináciu nežiadúcich vibrácií a ich dôsledkov na ekonomickú efektívnosť a bezpečnosť prevádzky strojov a VS. V pedagogickom procese ide o zvýšenie kvality a názornosti vyučovania hlavne v inžinierskom a doktorandskom stupni štúdia v oblasti monitorovania simulácie a diagnostiky prevádzkových stavov strojov, modelovania a simulácie vibrácií a ich vplyvu na prevádzkovú spoľahlivosť funkčne dôležitých konštrukčných častí strojov a VS.

Obr. 4. Experimentálne merania na vyvinutom vibrodiagnostickom systéme

Článok stručne prezentuje časť výsledkov riešenia grantovej úlohy zameranej na vývoj technických systémov pre diagnostifikáciu prevádzkových stavov strojov a VS. Uvádza schému a štruktúru vyvinutého technického systému pre kvantifikáciu, analýzu a vizualizáciu vibrácií modelových druhov kľúčových súčiastok VS a na signalizáciu medzných hodnôt parametrov vibrácií. Model bol čiastočne overený v laboratóriu pre diagnostifikáciu prevádzkových stavov na katedre prevádzky technologických systémov a ďalej vo VS s technológiou sústruženia a s technológiou vodného prúdu. Overenie potvrdilo funkčnost a spoľahlivosť vyvinutého vibrodiagnostického systému a uvádzané oblasti jeho využitia. Poďakovanie patrí grantovej agentúre VEGA SR za podporu projektu č. 1/0544/08.

Doc. Ing. Stanislav Fabian, CSc.

Literatúra

[1] SERVÁTKA, M., BIČEJOVÁ, Ľ., FABIAN, S.: Súbor technických možností znižovania vibrácií strojov a výrobných systémov v prevádzke. In: Management of manufacturing systemsZborník referátov z 3. konferencii s medzinárodnou účastku. FVT TU Prešov, 2008, s. 121–123. ISBN 978-80-553-0068-9.

[2] FEDÁK, M., FABIAN, S.: Príklad aplikácie teoretických poznatkov vo

vibrodiagnostickom laboratóriu. Výrobné inžinierstvo. 2007, roč. 6, č. 3, s. 75–78.

ISSN 1335-7972.

[3] FABIAN, S.: Prednášky z vibrodiagnostiky. FVT Prešov, 2008.

[4] FABIAN, S.: Prevádzka výrobných systémov. FVT Prešov, 2005, 62 s. ISBN 987-80-8073-889-1.

[5] JANKOVICH, R.: Vysokofrekvenčné metódy firmy SKF vo vibračnej diagnostike výzbroje. Transfer 2000. Trenčín, Fakulta špeciálnej techniky, 2000.

[6] KREIDL, M., ŠMÍDL, R.: Technická diagnostika. Praha, 2006. ISBN 80-7300-158-6.

FVT TU Košice so sídlom v Prešove

www.tuke.sk

maria.hladova@tuke.sk

Reklama
Vydání #12
Kód článku: 81215
Datum: 17. 12. 2008
Rubrika: Inovace / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Kontrola rotačních součástek v sériové výrobě

Hřídelové a kotoučové součástky patří k nejrozšířenějším ve strojírenství. S nástupem elektromobility jejich podíl zřejmě ještě poroste. Sériová výroba běžně pracuje v sekundovém taktu, a stejně tak rychlá musí být nově i kontrolní technika. Stoprocentní kontrola se již stává samozřejmostí.

Měření v rámci celého výrobního řetězce

Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

Související články
Plováčkové průtokoměry na olej

Výrobou přístrojů pro polní instrumentaci se dlouhodobě a úspěšně zabývá celosvětově působící společnost Kobold Messring. Do jejího hlavního programu patří průtokoměry, teploměry, hladinoměry a tlakoměry.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

Měřicí přístroje pro efektivní výrobu

Jestliže jsou nástroje přesně zaměřeny a seřízeny ještě před samotným obráběním mimo obráběcí stroj, lze následně zkrátit vedlejší neproduktivní časy na stroji a zvýšit tak celkovou efektivitu výroby. Přístroje pro měření a seřizování nástrojů mohou v samotném procesu třískového obrábění zajistit zvýšení produktivity až o 25 %, a to při velmi dobrém poměru cena/výkon. Úspěšné obrábění tedy vyžaduje nejen výkonné stroje, ale i přesně seřízené nástroje.

Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

Jak dokonale měřit průtok

Pro měření průtoků v průmyslových závodech nebo pro testování složení protékající tekutiny dnes existuje řada snímačů průtoku a průtokoměrů, které lze použít v nejrůznějších pracovních prostředích. Mnohé z nich pocházejí z dílny společnosti Kobold Messring GmbH.

Konfirmace měřidel

Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

Optický CMM skener

Firma Creaform letos v dubnu představila nový model 3D skeneru MetraScan 3D, který díky svým inovacím a parametrům nastavuje nový standard v oblasti metrologie a laserového 3D skenování.

Střípky ze svátku metrologie

Ještě před letošním svátkem metrologů, jenž se slaví 20. května, se konala tradiční metrologická událost světového rozsahu – veletrh Control v německém Stuttgartu.

Expimer - expresní zařízení pro rychlé stanovení materiálových vlastností

Expimer, prezentovaná instrumentovaná měřicí soustava pro stanovení mechanických vlastností materiálů indentační metodou, může být alternativním způsobem, jak rychle definovat materiálové vlastnosti. Celý proces spočívá v tom, že na základě parametrů získaných v průběhu makroprocesu automatizovaného vtlačovaní indentoru kulového tvaru (ABI) do povrchu materiálu bez porušení konstrukce, lze rychle zjistit požadované materiálové vlastnosti. Tato metoda je jedinečná vzhledem k jednoduchosti, rychlosti vyhodnocení, manipulovatelnosti a užitečnosti pro stanovení mechanických vlastnosti materiálů během jejich vývoje, výroby a zejména v pracovních podmínkách provozu.

Multisenzorová souhra - měřicí stroje s pevným portálem

Po mnoho let se souřadnicové měřicí stroje společnosti Werth Messtechnik GmbH osvědčují při měření s více snímači umístěnými na dvou nezávislých osách. Nebezpečí kolize mezi snímačem a obrobkem se tak podstatně sníží, protože senzory, které nejsou používány, jsou zasunuty.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit