Разработка методики расчета долговечности элементов приводов прокатных станов, страница 11

Эти изменения, заключающиеся либо в появлении микроударов,либо в периодическом изменении коэффициента трения при контактедефектных участков поверхностей трения, легко обнаруживаются приспектральном анализе огибающей высокочастотных составляющих вибрациикорпуса подшипникового узла, возбуждаемых силами трения.При обнаружении дефектов в узлах механических передач, вчастности, зубчатых, ременных, с упругими муфтами и других, основноевнимание уделяется таким признакам дефектов, как появление динамическихнагрузок на элементы передачи, в частности, подшипники.

Эти нагрузкиприводят, во-первых, к росту определенных компонентов вибрации, а, вовторых, к флуктуациям сил трения в подшипниках, и, как следствие, кколебаниям мощности высокочастотной вибрации. Таким образом, посовокупности результатов измерения спектров вибрации и ее огибающейможно успешно обнаруживать и идентифицировать зарождающиеся дефектымеханических передач.79Спектральный анализ вибрации электродвигателя на низких и среднихчастотах,измеряемойвразныхнаправлениях,даетвозможностьидентифицировать практически все дефекты электромагнитной системыэлектродвигателя, кроме старения изоляции, так как до момента пробояизоляцииэлектромагнитноеполеивибрацияэлектродвигателянеизменяются.Канал измерения вибрации включает акселерометр на магнитнойприсоске и модуль усилителя сигнала с выходом на АЦП (рис.3.3).Рис.

3.3. Функциональная схема канала измерения вибрацииАкселерометр — датчик ускорения сейсмического типа у которогоотсутствует связь с неподвижной опорой. Действие датчика основано напреобразовании силы, возникающей при ускоренном движении инерционноймассы m в электрический заряд; преобразователем является пьезоэлемент П.Усилитель сигнала с моста реализован на основе операционногоусилителя ОУ с отрицательной обратной связью, при этом коэффициентусиления схемы КU = – R2 / R1, где R1 , R2 — сопротивления навесныхэлементов.

В качестве индикатора вибрации используется телефон, дающийвозможность качественно охарактеризовать уровень вибрации.получения цифровой оценки виброускорения применяется виброметр.Для80Канал измерения крутящего момента включает полумост из двухтензодатчиков и модуль усилителя сигнала с выходом на АЦП (рис.3.4).Рис. 3.4. Функциональная схема канала измерения крутящего моментаЗамер крутящих моментов при прокатке осуществляется с помощьютензодатчиков RД1 иRД2 расположенных на валу.Мост запитываетсянапряжением Uпит и настраивается при помощи резисторов переменногосопротивления RН1 и RН2.При тензометрировании предохранительного шпинделя автоматстана220 ПНТЗ использовались четыре проволочных тензодатчика RД1, RД2, RД3 иRД4 с базой 20мм, которые попарно наклеивались на противоположныхсторонах вала и соединялись последовательно по схеме полумоста.Преимущество такого соединения тензодатчиков состоит в том, чтосопротивление плеча не меняется при растяжении, сжатии и изгибе,поскольку каждые два симметричных датчика подвергаются одинаковым повеличине, но противоположным по знаку деформациям [29].Для экспериментального замера крутящего момента на карданномшпинделе стана ЭЗТМ-80 тензодатчики предварительно были наклеены натонкие металлические пластинки и подвергнуты термообработке, благодарячему они практически не теряют способность линейно деформироваться.81Затем эти пластинки с датчиками были приварены точечной сваркой в местезамера, а датчики соединены по схеме полумоста.При разбалансировке моста в его диагонали возникает ток, пропорциональный приложенному моменту.

Этот сигнал поступает на АЦП или нашлейф осциллографа через усилитель.В качестве регистрирующей аппаратуры для автоматстана 220 ПНТЗиспользован осциллограф типа Н700 в комплекте с усилителем 8АНЧ-7М[29].При тензометрировании карданного шпинделя трехвалкового станаЭЗТМ-80иуниверсальногомногоканальныйшпинделястанаДУО-140использовантензометрический усилитель ТА-5 для усиленияифильтрации сигнала с датчиков, а также для питания моста. Сигнал поступална осциллограф типа Н105, в результате чего получены осциллограммы нарулонной фотобумаге.Длядемонстрацииконтролируемой деталиработыаппаратурыизготовленмакетв виде металлической пластины с наклееннымитензодатчиками (рис.3.5). Изготовлен измерительный блок в виде внешнегоустройства, имеющий стандартные разъемы «Тюльпаны» для подключениядатчиков и платы АЦП.Измерительный блок запитывается постояннымнапряжением от блока питания.Рис.

3.5. Макет детали, измерительный блок и блок питания823.2. Оцифровка сигналов с датчиковОсновным звеном аппаратуры для мониторинга (см. рис. 3.1) являетсяперсональный компьютер (ПК), на котором установлено программноеобеспечение (ПО).Выбор конфигурации ПК определяется толькоматериальными ресурсами на его приобретение, поскольку для мониторингане требуются высокое быстродействие, мощные ресурсы оперативной памятии жесткого диска.Клавиатура и монитор ПК предоставляют лучшиевозможности для измерения по сравнению с возможностями обыкновенногоосциллографа, дисковод и принтер прекрасно подходят для регистрациилюбых длительных процессов, а модем дает возможность автоматическипередавать эти данные через Интернет организациям, которые даютзаключение о техническом состоянии контролируемых объектов.С целью превращения ПК в цифровой осциллограф необходимоустановить аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который выполняетоперации, связанные с преобразованием аналогового сигнала в цифровуюформу (дискретизация, квантование и кодирование).

Оцифровка сигналовпозволяет исключить такие недостатки аналогового способа формированиясигналов, как невысокие стабильность и линейность, нарушение квадратуры,трудность фильтрации.Отечественные и зарубежные фирмы (L-Card, Pico Technology Limited,Аурис, Сигнал и другие) выпускают внешние и внутренние АЦП сразличными техническими характеристиками. Эти устройства снабжаютсяпрограммным обеспечением, которое позволяет превратить компьютер восциллограф, в анализатор спектра или просто в мультиметр.Альтернативный вариант — подключение измерительных каналов кПК посредством звуковой карты [33].Звуковая карта в данном случаеслужит для преобразования аналогового сигнала в цифровую форму, имеетлинейный и микрофонный входы.На любой звуковой карте имеетсядвухканальный АЦП с разрядностью не менее 16 бит и скоростью83преобразования не менее 44,1 кГц.

Это теоретически дает возможностьполучить осциллограф с верхней рабочей частотой от 6 до 8 кГц.Теоретический анализ показывает, что такой осциллограф имеет несколькопринципиальных недостатков. Во-первых, ограничение рабочей частотыснизу, обусловленное наличием конденсаторов на входе карты. Дляосциллографа это равносильно наличию только закрытого входа. Во-вторых,ограниченный диапазон входного напряжения от 100 до 250 мВ, то есть дляработы с более высоким напряжением необходим внешний прецизионныйделитель. Для расчета делителя необходимо знать входное сопротивлениезвуковой карты. В-третьих, отсутствие гальванической развязки, что можнопреодолеть путем применения трансформатора (диапазон частот позволяет).В-четвертых, нужен прецизионный звуковой генератор для калибровки. Темне менее, звуковая карта способна выполнять функции осциллографа.Существует библиотека драйверов, и файлы готовых к применениюпрограмм на языке Pascal, для обеспечения работы звуковой карты в режимеосциллографа [33].На экране виртуального измерительного приборапредставлена сложная, насыщенная картинка, на которой есть и кнопки, иразличные индикаторы, и шкалы, и даже осциллографические экраны.Возможности графических интерфейсов типа Windows обеспечивают гораздоболееширокуюобластьизмерительный прибор,применения,чемможетиметьобычныйне говоря уже о потенциальном использованиипринтеров, дисковых накопителей, а также модема, подключенного к Internet.Крутильные колебания, возникающие в линии привода при прокатке, можнонаблюдать на хорошем цветном экране с высоким разрешением, и результатвыглядит лучше, чем на обычном осциллографе.Существуют утилиты, которые рекламируются их авторами [33] какпрограммные осциллографы.

Утверждается, что после их установкикомпьютер со звуковой картой становится полным аналогом цифровогонизкочастотного осциллографа. Проверка проводилась на ПК с процессором84Pentium 3 600 МГц 512 Мбайт. В компьютер была установлена звуковаякарта Creative Sound Blaster PCI Compact (CT5808) и соответствующиедрайверы.Первой была испытана известная утилита Oscilloscope 2.51.Отмечена не совсем корректная работа, например срывы синхронизации.Однако для случая, когда нужно быстро и приблизительно оценить формунизкочастотных колебаний, это вполне удовлетворительно.

Утилита Scope30 BIP Electronics Labs 3.0 также не требует установки, но, в отличие отпредыдущей утилиты, не работает с данной звуковой картой. Остальныеиспытанные утилиты, такие как АudioTester V1.4e, MicroLab, PolyhedricSoftware и несколько других, обнаружили либо ошибки при установке, либофатальные ошибки при работе с картой.Для создания аппаратуры приобретен осциллографический приборOSC1(рис.3.6),предназначенныйдляобработкипериодическихиоднократных электрических сигналов путем их оцифровки, занесения впамять компьютера, отображения на экране монитора, а также измеренияамплитудных и временных параметров.Рис. 3.6. Плата АЦП для ПК85Конструктивно прибор выполнен как плата расширения ПК, котораявставляется в любой из свободных 8-разрядных или 16 разрядных слотов ISAшины материнской платы.На лицевой панели блока имеются двастандартных разъема типа СР-50.73Ф для входных сигналов.Верхнийразъем соответствует первому каналу измерения крутящего момента, анижний — второму каналу измерения вибрации.

Прибор позволяет записатьсигналы по двум каналам, связав их во времени и наложив один сигнал надругой.Плата прибора содержит два подстроечных резистора, у которыхположение ползунов уже установлено при изготовлении.Вся задача идентификации параметров входных сигналов и тарировкивозложена на программное обеспечение. Порядок проведения программнойтарировки представляет собой последовательность однотипных процедур,каждая из которых отожествляет значение изгибного напряжения вконсольной тарировочной балочке с входным уровнем электрическогосигнала, поступающего на прибор. Для полной тарировки всего диапазонаизменения изгибного напряжения балочка последовательно нагружаласьоднокилограммовыми грузами.Процедуруполнойпошаговойкалибровкиможноупроститьпроведением частичной калибровки диапазона изменения напряжения.