Диссертация (Выбор типа промежуточных рельсовых скреплений методом вибродиагностики), страница 8

Огромное преимущество этого способа в том, что длина проводов L неоказывает существенного влияния на длительность переходного процесса навходе АЦП, поскольку фактически малый импеданс источника сигнала ужеобеспечен.АGND – аналоговая земля; Х1…Х16 – неинвертирующий вход каналов 1..16; Y1…Y16– инвертирующий вход каналов 1..16; GND32 – в однофазном режиме это общийинвертирующий вход каналов 1...32, в дифференциальном режиме для увеличенияпомехозащищенности должен быть подключен к AGND; R – резисторы, имеющиесопротивление близкое к волновому сопротивлению линии.Рисунок 2.6 – Дифференциальная схема подключения входных сигналов«по току»Креплениевибродатчиковнаэлементахжелезнодорожногопутиосуществляется с применением дополнительных крепежных устройств, общийвид которых показан на рисунке 2.7. Данные крепежные устройства неприводят к значительным искажениям механических колебаний элементов путии позволяют осуществлять мобильную установку датчиков на конструкцию.Аппаратно-програмный комплекс может работать в среднем 18-20 часов.Продолжительностьработы,ограничиваеетсяемкостьюаккумкляторнойбатареи.

Подготовка комплекса к работе заключается в подключении разъемоввибродатчиков, к разъемам АЦП и соединении устройства с ПК через шинуUSB.43абвга – устройство для крепления датчика на подошву рельса; б – устройство для установкидатчика на земляное полотно и балластное основание; в – устройство для установки датчикана конец железобетонной шпалы; г – устройство для крепления датчика на упругой клемме.Рисунок 2.7 – Общий вид устройств крепления датчиков на элементыжелезнодорожного пути2.4 Тарировка вибоизмерительной аппаратурыТарировка виброизмерительной аппаратуры является обязательным этапомпри проведении вибрационных измерений. Ее цель определить соотношениемежду амплитудным значением параметра колебаний, регистрируемым иотображаемым каким-либо устройством, и его истинным значением в местеустановки вибродатчика.

После тарировки виброизмерительную аппаратуру(без каких-либо изменений) можно использовать для вибрационных измерений.44Только зная коэффициент преобразования в процессе вибрационныхизмерений, можно получать истинные амплитуды колебаний в месте установкивибрационного датчика. Весьма важно также определить диапазон частот иамплитуд,вкоторомкоэффициентпреобразованиядляиспользуемойвибрационной аппаратуры не зависит от частоты и является постояннойвеличиной.Для того, чтобы провести тарировку виброизмерительной аппаратурытребуетсязнатьточныезначениячастотыиамплитудывходноговибрационного сигнала.Ряд фирм выпускает специальные устройства для проведения тарировкивиброизмерительной аппаратуры.

Эти высокоточные устройства, и в частностиэлектродинамические вибраторы, позволяют задать возбуждение с высокойточностью, как по частоте, так и по амплитуде.Длятарировкимобильногоаппаратно-программногокомплексабылаиспользована установка на базе электродинамического возбудителя ESE-201.Основные технические характеристики вибратора ESE-201 представлены втаблице 2.2.Таблица 2.2 – Основные технические характеристики вибратора ESE-201№ п/п1234567891011НаименованиеМаксимально допустимый пик смещения:– горизонтальный режим, мм– вертикальный режим, ммМаксимально допустимый пик виброускорения, м/с2Коэффициент преобразования по ускорению, м·с2/АСобственная частота, ГцПолезный частотный диапазон для сравнительныхизмерений без коррекции, ГцМасса вибросистемы, кгДопустимая масса нагрузки:– при горизонтальном режиме, кг– при вертикальном режиме, кгСопротивление виброкатушки постоянному току, ОмВес, кгМагнитное поле рассеяния,·с/м2Диапазон рабочих температур, СоТехнические данные±4,5±3115Около 25Около 305÷20000,611,50,3Около 2280,028(-20)÷(+40)45Схема установки представлена на рисунке 2.8.

Установка состоит изэлектродинамического возбудителя ESE-201, питаемого от генератора черезмощный усилитель LV-103, и виброизмерительного устройства, включающегов себя калибровочный пьезоэлектрический акселерометр КД-10, электронныйблокRFT.Основныетехническиехарактеристикикалибровочногоакселерометра КД-10 представлены в таблице 2.3. Для наблюдения за формойколебания вибратора к электронному блоку подключен осциллограф.Работа на установке при тарировке осуществляется следующим образом. Спомощьюгенераторазадаетсяпеременныйэлектрическийсигналснеобходимой частотой и амплитудой, который после усиления передается наэлектродинамический вибратор ESE-201. Частота сигнала измеряется спомощьюцифровогочастотомера.Электрическиеколебаниявэлектродинамическом вибраторе преобразуются в механические колебания стой же частотой и некоторой амплитудой виброперемещения.Калибровочный акселерометр КД-10 фиксирует значение амплитудвиброускорений, генерируемых вибратором.

Как известно для синусоидальногосигнала изменение амплитуды виброперемещения определяется функцией:s  S sin(t )где s – мгновенное значение амплитуды виброперемещения;S – максимальное значение амплитуды виброперемещения;t – время.(2.2)46ВибродатчикЧастотомерцифровойУсилительLV-103ГенераторАЦПЕ14-440ВибраторESE-201NoteBookКалибровочныйакселерометр КД-10Виброизмерительныйблок RFTОсциллографРисунок 2.8 – Схема установки для тарировки мобильного аппаратнопрограммного комплексаТаблица 2.3 – Основные технические характеристики калибровочногоакселерометра КД-10№ п/п123456НаименованиеКоэффициент передачи, мВ/м·с-2Ёмкость с кабелем, пФРезонансная частота, кГцРабочий частотный диапазон, ГцМасса, гМаксимальное измеренное ускорение, м/с2ЗаконизмененияамплитудыТехнические данные41000305-70003210000виброускоренийравенпроизводнойфункции виброскорости по времени:аd  2 S sin(t )dt(2.3)где а – мгновенное значение виброускорения.Из приведенных выше уравнений видно, что существует однозначнаяматематическаязависимостьмеждумаксимальнымивиброперемещения, виброскорости и виброускорения:А  V  2fV   2 S  ( 2f ) 2 Sамплитудами47VSA2AA S  2fS2f(2.4)AVV ( 2f ) 2  2fгде А и V – соответственно, максимальное значение амплитуды виброускоренияи виброскорости;f – частота колебаний в единицу времени (техническая частота).Разница ускорений на переднем и обратном торцах колебательногоэлемента (см.

рисунок 2.8) учитывается коэффициентом:aK f ha(2.5)где ah и a – соответственно, ускорения на переднем и обратном торцахколебательного элемента.Значения Кf изменяются от частоты f следующим образом: Кf=1 приf=1÷250 Гц, Кf=1,01 при f=250÷400 Гц, Кf=1,03 при f=400÷500 Гц, Кf=1,04 приf=500÷530 Гц, Кf=1,05 при f=530÷800 Гц, Кf=1,08 при f=800÷1000 Гц, Кf=1,1при f=1000÷1250 Гц, Кf=1,15 при f=1250÷1600 Гц, Кf=1,2 при f=1600÷2000 Гц. Входе проведения тарировки мобильного аппаратно-программного комплексаиспользовались следующие базовые значения частот исходного сигнала: 5, 10,45, 65, 85, 100, 125, 160, 200, 350, 320, 400, 500, 530, 800, 1000, 1250, 1600, 2000.Значения амплитуд виброскорости (мм/с) варьировались в пределах от 3 до 400.Производился отсчёт показаний напряжения Uс на выходе исследуемогоизмерительного канала. По измеренным значениям напряжения Uс иускорениям рассчитывалась чувствительность (коэффициент преобразования)исследуемогоизмерительногоканаламобильноговиброизмерительногокомплекса по формуле:K ПU cK fV2fU cK fA,(2.6)48В результате тарирования мобильного аппаратно-программного комплексабыло выявлено, что, комплекс с достаточной точностью и без искажениясигналов позволяет измерять вибрации в диапазоне от 1 до 1000 Гц.

Ошибкаизмерений проводимых в этом диапазоне частот составляет не более 5%.Коэффициенты преобразования различны для каждого измерительного канала(таблица 2.4), диапазон их изменения составляет K П =10,2÷12,2 мВ/(мм/с).Разработанный мобильный виброизмерительный комплекс вполне приемлемдля проведения экспериментальных исследований механических колебанийжелезнодорожного пути.Таблица 2.4 – Коэффициенты преобразования измерительных каналовНомерканала12345678910Марка датчикаМВ-25Д-ВЗаводской (серийный)номер10627133621063574790747927477911858747887478213397Коэффициентпреобразования K П ,мВ/(мм/с)10,210,511,911,911,912,2111211,910,5Помимо амплитудно-временных зависимостей виброскорости в точкахустановки датчиков, интерес также представляли, амплитудно-временныезависимости виброперемещений и виброускорений, а также амплитудночастотные характеристики.2.5 Программа обработки и интерпретации полученных данныхЗаписи сигналов производятся с помощью программы «LGraph2» (рисунок2.9), поставляемой вместе с модулем Е14-440.49Даннаяпрограммапроизводитзаписьамплитудно-временныххарактеристик виброскоростей на шестнадцати дифференциальных каналаходновременно.

Перед началом записи устанавливается диапазон входногосигнала для каждого канала, время сбора данных (в зависимости от задачисследований может составлять от 1 мс до 28 суток). Частота дискретизации наканал зависит от параметров АЦП и требуемой точности измерений (длямодуля Е14-440 при использовании шестнадцати дифференциальных каналоводновременно максимальна частота дискретизации, составляет 12000 Гц).Рисунок 2.9 Общий вид интерфейса программы «LGraph2»Функционально программа «LGraph2» представляет собой электронныйосциллограф,которыйпозволяетрассматриватьнеболеевосьмиизшестнадцати возможных каналов одновременно (рисунок 2.9). Амплитудасигналов выражается в реальных значениях напряжений, переданных свибродатчиков на блок АЦП. Поэтому реальные значения виброскоростей, итем более виброперемещений и виброускорений, в точках установкивибродатчиков невозможно получить при помощи данного модуля.Учитывая ограниченность инструментов обработки программы «LGraph2»,ее целесообразно использовать исключительно для записи сигналов на жесткийдиск.