ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ПО СПЕКТРУ ОГИБАЮЩЕЙ СКЗ ПОТРЕБЛЯЕМОГО ТОКА

Яблоков А.Е., Латышев М.А., Костин А.М.

Аннотация. Целью работы является повышение эксплуатационной надежности оборудования путем совершенствования методов технического диагностирования. В качестве диагностических признаков дефектов используется спектр огибающей СКЗ тока, потребляемого электродвигателем. В результате натурного моделирования дефектов деташера установлена зависимость между видом дефекта и спектральным составом огибающей. Показано, что при дисбалансе ротора наблюдается рост амплитуд на частотах, кратных частоте вращения ротора -12,2 Гц. Дефект монтажа муфты проявляется увеличением амплитуд на частоте пересопряжения полумуфт –24,4 Гц. При этом среднее значение СКЗ тока не изменяется. Результаты исследований использованы в разрабатываемой системе мониторинга оборудования СТМ-12Т. 

Ключевые слова: мукомольное производство, техническая диагностика, спектр огибающей тока, диагностика по току.

DIAGNOSIS OF THE STATE OF MILLING MACHINES ACCORDING TO THE SPECTRUM OF THE ENVELOPE OF THE RMS OF THE CONSUMED CURRENT

Yablokov AE, Latyshev MA, Kostin AM

Moscow State University of Food Production

Annotation. The aim of the work is to improve the operational reliability of equipment by improving the methods of technical diagnosis. As diagnostic features of defects, the spectrum of the RMS envelope of the current consumed by the electric motor is used. As a result of full-scale modeling of defects of a detacher, a relationship between the type of defect and the spectral composition of the envelope was established. It is shown that with an imbalance of the rotor, amplitudes are observed at frequencies that are a multiple of the rotor rotation frequency of -12.2 Hz. The defect in the installation of the coupling is manifested by an increase in the amplitude at the frequency of the coupling between the half-couplings -24.4 Hz. In this case, the average value of the RMS current does not change. The results of the research were used in the developed monitoring system for STM-12T equipment.

Key words: flour production, technical diagnostics, current envelope spectrum, current diagnostics.

Для оценки технического состояния оборудования используются различные методы технического диагностирования: акустические, вибрационные, тепловые, функциональные и пр. Наиболее универсальным и информативным является метод вибрационной диагностики машин [1,2]. Однако для измерения вибрации требуются дорогостоящие датчики вибрации, что ограничивает его применение.

Метод диагностики по потребляемому току основан на положении, что любые неисправности в работе машины или ее электродвигателя приводят к изменениям магнитного потока в зазоре электродвигателя и, как следствие, к небольшой модуляции тока, потребляемого электродвигателем. Таким образом, мгновенные значения потребляемого тока несут в себе значительный объем информации о состоянии машины, которую можно использовать в задачах диагностирования.

Разработкой методов диагностики мукомольных станков по параметрам мгновенных значений тока в цепи статора электродвигателя Im(t) занимались Птушкин А.Т., Старостин В.В. [3]. Недостатком метода является наличие доминирующей составляющей в сигнале на частоте 50 Гц. Малые возмущения от механических дефектов теряются на фоне несущего сигнала.

В работе [4] в качестве диагностического признака предлагается использовать спектр огибающей амплитуд потребляемого тока (рис.1).  Недостатком метода является высокая вероятность искажения формы огибающей вследствие случайных выбросов мгновенных значений тока. Для нивелирования случайных выбросов и упрощения алгоритма обработки данных предлагается метод расчета огибающей тока по значениям СКЗ для положительных полупериудов (рис.1).

Рисунок 1. Схема расчета огибающей амплитуд и СКЗ тока

Для проверки предложенного метода диагностики на кафедре Пищевая инженерия МГУПП проведены натурные испытания машины ударного измельчения продуктов размола зерна – деташера. Измерения проводились с помощью разработанного измерительного  прибора СТМ-12Т (рис. 2,а). Измеренный с помощью токового трансформатора (рис. 2,б) сигнал очищается от шума полосовым фильтром (полоса пропускания от 0,2 до 100 Гц) и подается на вход АЦП, где оцифровывается и нормируется. Для расчета СКЗ по положительным полупериодам реализован программный детектор нуля. При переходе сигнала через ноль происходит расчет значений СКЗ амплитуд A_i  данного полупериода по формуле: .

Исследования проведены для трех технических состояний деташера: «эталонное» состояние, (техническое состояние соответствует нормативно-технической документации),  «статический дисбаланс ротора» и «дефект монтажа». Для каждого состояния проведено по 40 измерений огибающей СКЗ тока.

Рисунок 2. Общий вид экспериментальной установки: а) деташер с измерительным прибором СТМ-12Т, б) трансформатор тока в электрощите

Дисбаланс ротора величиной 960 г·см моделировался путем установки дополнительного груза  массой 80 г по центу одного из бичей на расстоянии 120 мм от оси вращения. Дефект монтажа соответствовал перекосу осей вала ротора деташера и электродвигателя на угол 2 градуса в вертикальной плоскости.

На рис. 3 представлены диаграммы размаха СКЗ потребляемого тока для разных технических состояний. Из диаграммы видно, что значения СКЗ в выборках пересекаются, что говорит о невозможности их использования в качестве диагностических признаков рассматриваемых дефектов.

Рисунок 3. Диаграммы размаха СКЗ тока цепи электродвигателя для различного технического состояния деташера

На рис.4. представлены линейно усредненные спектры огибающих СКЗ для трех технических состояний. Из графиков видно, что, при наличии дисбаланса ротора в спектре наблюдается увеличение амплитуд на частотах, кратных частоте вращения ротора – f_вр=12,2 Гц. При наличии перекоса валов в спектре наблюдается рост амплитуды на частоте пересопряжения кулачков муфты – f_м=24,4 Гц.

Рисунок 4. Спектры огибающих СКЗ тока цепи электродвигателя для различного технического состояния деташера

Полученные результаты свидетельствуют о наличии детерминированной зависимости между дефектами деташера и спектральным составом огибающей СКЗ тока статора электродвигателя. Предложенный метод диагностики будет использован в системе технического мониторинга СТМ-12Т.

Литература

1. Яблоков А. Е. Техническая диагностика оборудования: перспективные методы и средства // Комбикорма. 2013. № 5. С.57-59.
2. Терехин С. Ю., Крицкий М. С., Яблоков А. Е. Математическое моделирование дефектов экспериментальной молотковой дробилки // Глобальный научный потенциал. 2013. №12 (33). С.87–90.
3. Птушкин А. Т., Старостин В.В., Денисов В. И. Диагностика технического состояния вальцового станка. –М: Министерства хлебопродуктов, 1992. –43 с.
4. Сафин Н.Р. Совершенствование методики токовой диагностики асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: Дисс … канд.тех.наук.: 05.09.01 / — Екатеринбург, 2017. — 152 с. : ил.

References

1. Yablokov A. E. Technical diagnostics of equipment: perspective methods and means / / Mixed feed. 2013. № 5. P.57-59.
2. Terekhin S.Yu., Kritsky M.S., Yablokov A.E. Mathematical modeling of experimental hammer crusher defects // Global Scientific Potential. 2013. № 12 (33). C.87-90.
3. Ptushkin AT, Starostin VV, Denisov VI Diagnostics of the technical state of a roller machine. -М: Ministry of Bread Products, 1992. -43 p.
4. Safin N.R. Perfection of a technique of current diagnostics of asynchronous motors with a squirrel-cage rotor: Diss … candidate of technical sciences: 05.09.01 / — Ekaterinburg, 2017. — 152 p.