Методика диагностики износа пазовых кулачковых механизмов

По предложенной методике были проведены расчеты и анализ цикловой производительности ротора розлива водки в бутылки объемом

V = 0,2 л (диаметр бутылки ^бут = 49 мм). Минимльный шаг ротора

к = 0,202 м . При расчете времени ролива приняли = 1,8; Н\ = 0,3 м;

-3

Яо = 8,2-10 3 м.

В результате проведенных расчетов было выявлено, что у рассматриваемого ротора ролива есть резерв повышения цикловой производительности на 10 % (с 46 до 51 шт./мин).

Предложенная инженерна методика рассета и анализа производительности ротора розлива может быть использована как на стадии проектирования новых конструкций роторов, так и для выявления резервов повышения производительности при их модеенизации.

Библиографический список

1. Прейс В.В. Проектирование машин и аппаратов пищевых и перерабатывающих производств: учеб. пособие / В.В. Прейс. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. - 156 с.

2. Клусов И.А. Проектирование роторных машин и линий / И.А. Клусов. - М.: Мапшностгоение, 1990. - 320 с.

Получено 17.01.08.

УДК 681.518.2

Г.Б. Куликов

МЕТОДИКА ДИАГНОСТИКИ ИЗНОСА ПАЗОВЫХ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

На примере механизма привода качающегося стола ниткошвейного автомата БНШ-6 показана возможность диагностирования техннческого состояния элементов привода полиграфических машин методами виброакустической диагностики с использованием искусственных нейронных сетее. На основании проведенных исследований предложена методика безразборной диагностики пазовыа кулачковых механизмов по-лигафическка машин и даны рекомендации ее применению.

Кулачковые механизмы широко иcпoльзлютcт в полиграфическом оборудовании, их номенклатура насчитывает более 500 типорамеров. Особую роль эти механизмы играют в ниткошвейных автоматах, так кк от их состояния зависит качество выпускаемой продукции [1 - 3].

В качестве объекта исследования прията ниткошвейнл машина БНШ-6, широко распространенна на полиграфических предприятиях. В приводе машины установлено девять кулачковых механизмов. Наиболее ответственным являетсс механизм привода качающегося стола, так как точность его работы определяет основной поклатель кчества шитья блока — расположение стежка относительно линии сгиба тетради.

Особенностью кулачковых механизмов является жестки кинематический цикл работы, определяющий последовательность контакта кинематических пар. Вибрация таки механизмов представляет собой последовательность импульсов, которые xaрaктeризyютcя значительной амплитт-дой, млой длительностью и высокочастотным заполнением. В кчестве возмущающих сил выступают ударные и инерционные нагрузки, обусловленные законом периодического движения, погрешностью профиля кулачка и колебанием технологической наггузки.

Причинами возникновения «жестких» ударов в кулачковых механизмах могт служить: ЗПД, имеющий рлрыв в графике скорости; погрешности профиля, способные вызвать удар; недостаточное усилие пружины при силовом замыкании [2, 3].

Помимо «жестких» ударов в кулачковых механизмах в зависимости от выбранного закона движения могут быть так нлываемые «мягкие» удары, когда ЗПД имеют точки с конечными разывами в ггафике ускорений. Эти законы вызывают мгновенные изменения ускооения ведомого звена, что приводит к ударам в подшипниках и в соединениях с люфтами. Таким законом, например, описывается профиль кулачка, составленный из дуг окружности. Кривизна профиля кулачка при этом изменяется скчкоо6рл-но. Соответственно ускооение ведомого звена, а следовательно, и его сила инерции также изменяются скачкообразно.

Для оценки влияния отклонения профиля кулачка на его виброактивность можно воспользоваться зависимостью, предложенной В.Ф. Красниковым для определения дополнительного ускооения ведомого звена вследствие нличия погрешностей действительного профилл [1]:

Да = (тсоз3 е + ^Д* + [за + (^ + 8)ю2] |ве18Аеп + ^Д-,

к к г

где Я0 — радиус начльной окружности кулач к;

А^^ — ошибка радиус-вектора профиля кулака;

5 — высота подъема толкателя;

е — угол подъема профилл кулака;

Vk — линейна скорость кулака;

а — ускооение ведомого звена;

2

Р = = ^а — пульс, ил производна от ускорения по времени;

Ж2 м

ю — углов л скорость кулак;

АЭп — ошибка угла подъема профиля кулака;

Ар — ошибка радиуса куивизны профиля

Дол первого слагаемого составляет 1-2 % от полной величині Аа. Втооое слагаемое, отражающее вклад погрешности угла давления, вносит 4 - 5 % в Аа. Третье слагаемое, характеризующее форму погрешности профил Ар, вносит более 94 % в Аа.

Таким образом, основным фактором, вызывающим дополнительное ускорение ведомого звена, а следовательно, и повышение уровня вибраций, является ошибка кривизны действительного профил. Так как в процессе эксплуатации профил изнашивается неравномерно, это вызывает еще большую динамическую нагрузку на механизм!. В пазовых кулачковых механизмах к износу профил добав лете я износ ролика, поэтому оценивать приходится величину зазора в паре кулачок - ролик.

Дл оценки влияния износа пары кулачок - ролик на виброактивность механизма на кафе де печатного и послепечатного оборудования МГУП на базе ниткошвейного автомата БНШ-6 был изготовлен экспериментальный макет. Макет представлет собой механизм! привода качающегося стол, механизм! проколок и станину с электродвигателем. Осталные механизмы дл снижения помех были удлены.

Качающийся стол машины БНШ-6 приводитсс в движение парой пловых кулачков (рис. 1). Кулачки имеют технологические злоры, необходимые дл качения ролика толкател по паз. Эти злоры в процессе эксплуатации машины увеличиваются вследствие износа профил кулачка и ролика.

Рис. 1. Механизм качающегося стола а — кинематическая яхма; б — место установки датчика

Дл исследования влияния износа пары кулак - ролик на виброактивность механизма было изготовлено 8 пар роликов с диаметрами, начи-нл отноминльного 50,0 мм и длее по убывающей до 49,36 мм. Реальная

а

б

величина злора с номинаьным роликом диаметром 50,00 мм составляет

0,03 - 0,04 мм.

Ролики попарно устанавливать на макет, и затем на скорости 82 цикла/мин с датчика, расположенного на толкателе качающегося стола, снимася сигна виброускорения, оцифровывася с помощью АЦП и запи-сывася на жесткий диск персонального компьютєрр.

Для каждой из восьми пар роликов была сделана сорок одна запись виброускорения, включающая два оборота кулачка. Оцифровка производилась на внешнем АЦП LA-20 ^В с частотой дискуетизации 41 кГц, сигнал на выходе АЦП измерялся в мВ. Затем из каждой реаизации был выделен один цикл работы кулака, включающий около 30000 отсчетов. Даьнейша оббаботка производилась с помощью программ Бґаґізґіса и МаїИСЛО.

Очевидно, что с увели єни ем завоа в паре кулачок - ролик амплитуда виброускорения резко возрастает.

Были получены спектры виброускорения одного цикла работы кулачкового механизма с роликами диаметром от 50,00 до 49,36 мм. Поскольку амплитуды спектраьных составлющих изменяются от 12 мВ на низких частотах до 0,005 мВ в области высоких частот, представить весь спектр в диапазоне 0 - 20 кГц на одном графике не представляется возможным.

Полученные спектры вибраций содержат рад ярко выраженных частот, на которых хорошо заметна тенденция к увелиению амплитуды резонансных пиков по мере уменшения диаметра роожа, т.е. данные частоты являются информационными. Статистическа обработка полученных спектров позволила выявить частоті, на которых наблюдается стабильно увеличение амплитуды в зависимости от увеличения заора в паре кулачок - ролк.

Для всех потенциалных информационных частот были рассчитаны регрессионные модели и довєритєльньіє интерваы.

В результате в спектре виброускорения кулачкового механизма было выделено 14 информационных частот, стабильно присутствующих в спектрах всех экспериментаьных роликов: 3,75, 6,26, 8,75, 12,5, 98,5, 249, 289, 243 7, 4876, 7165 , 9600, 12050, 144 50, 16900 Гц.

На всех информационных частотах зависимость диагностического параметра (амплитуды спектраьных составляющих) от cтрyктирного (технологического заора в паре кулачок - ролик) однозначна, т.е. пи увеличении заора соответственно увеличивается амплитуда. Кроме того, на всех выделенных информационных частотах эта зависимость близка к линейной. Фактические значения экспериментаьных данных на всех ин-фoрмaцлoнных частотах лежат в пределах доверительного интерваа. Из вышескаанного можно сделать вывод, что выбранные диагностические признаки являются информативными и могут быть использован! как для оценки текущего состояния диагностируемых кулачковых механизмов, так и для прогноза равивающихся дефектов.

Так как в спектре вибраций кулачкового механизма присутствуют гармонические сотавляюшие, определяемые циклограммой и законом периодического движения, их значения должны зависеть от скорости работы машины. Перекладка зхоров происходит в моменты перехода механизма от выстоо к движению, а также при изменении знака ускорения. В соответствии с циклограммой, были рассситаньї частоты следования импульсов от перекладки зхоров на раных скоросттх работы машины, и поведені соответствующие эксперименты. Получені частоты 3,75, 6,26, 8,75 и 12,5 Гц. Следовательно, при проведении диагностики в производственных условиях значения этих частот должны коорелгироваться исхода из текущей скороти машины.

Длее были определені собственные частоты рычага и ролика. Для этого они возбуждлись короткими удааніми импульсами и записывлись спектры виброускорений. Анлиз диаграмм позволяет сделать выводы, что частоты 98,5, 249, 289, 2437, 4876, 7165 Гц являются собственными частотами рычагов, а частоты 9600, 12050, 14450, 16900 Гц — собственніми частотами ролика. В спекттах, полученніх на раных скооостях работы макета, эти частоты остав лись неизменніми.

В заключение были проведены эксперименты по иссседованию влияния заооа в кулачковом механизме привода качающегося стола на качество шитья. Для этого зкспєримєнтльніє ролики попарно устанавливались в ниткошвейный автомат БНШ-6, и с каждой парой роллов было сшито по 20 тетрадей. Оценивлась величина смещения стежка относительно линии фяьца.

В результате было выделено три категории качества шитья:

- хооошее (с использованием роликов диаметром 50,00 и 49,92 мм) -смещение проколов относительно линии корешка в педелях допека;

- среднее (с использованием роликов диаметром 49,86, 49,67 и 49,55 мм) - смещение поколов относительно линии корешка может немного выходить за пределы допуска;

- плохое (с использованием роликов диаметром 49,50, 49, 45 и 49,36 мм). В этом случае из-за сильного смещения швейных инструменов происходят их поломки и добиться приемлемого качества шитья без снижения скорости работы машині невозможно.

Предлагаема методика диагностирования основана на теории распознавания обрхов, а в качестве инструмент распознавания использованы искусственные нейронные сети (ИНС).

При разработке методики использовхось два типа диагностических признаков: полученные ранее амплитуды пиковых значений информационных частот спектра виброускорения кулачкового механизма в диалхоне 0 - 18 кГц, и номинхьная переменная «Качество шитья». Из 41 спектра виброускорения каждого ролика были вьіделені максимхьные значения амплитуд спектральніх составляющих и сфоомировані обучающх, тес-

товая и контрольна выборки. Далее в программе Statistica Neural Networks формировались нейросети. Всего было сфоомировано 5 сетей классификации и ансамбль.

Основной характеристикой, определяющей структуру полученной сети, является ее профиль, определяемый типом, числом входных и выходных переменных, числом слоев и элементов (сетей) или компонент (ансамблей). В нашем случае использовались сети следующих типов:

МП Многослойный персептрон

Линейна Линейна сеть

РБФ Радиальна базисна функция

Эффективность работы сети определяется ее производительностью на обучающей, контрольной и тестовой выборках соответственно. Наилучшими показателями обладает сеть на основе многослойного персептро-на, она позволяет получить 100 %-ный результат распознавания на четырех роликах. Формирование ансамбля не улучшило качество распознавания. Очевидно, что ансамбли следует формировать только из тех сетей, которые показывают наилучший результат. Ранжирование используемых переменных производится на основе анализа ж чувствительности. Чувствительность характеризует отношение ошибки с заменой каждой переменной процедрой пропущенных данных к исходной ошибке. Если отношение меньше либо равно 1, отключение переменной не влияет на качество работы сети.

Когда чувствиельности подсчианы для всех переменных, они ранжируются, располагась в ряд по мере убывания значимости. В результате ранжирования всех входных переменных сети номиналная пееемен-на «Качество шитья» вышла по значимости на первое место, а на втооом для всех сетей окаалась резонансна частота ролика 12050 Гц.

Так как диагностические признаки, обладающие рангом с 11-го по 15-й, не влияют на качество распознавания, то можно их из рассмотрения исключить как незначимые. Это частоты 98, 249, 2437, 7165 и 16900 Гц. Была сформирована соответствующа сеть, результаты распознавания представлены в таблице.

Результаты распознавания сетью МП 10:12-12-7:1

Диаметр ролика 50,00 49,92 49,86 49,67 49,55 49,50 49,36

Процент результатов 100,000 100,000 100,000 90,2439 100,000 100,000 100,000

Из табл. 1 видно, что исключение параметров, не дающих полезной информации, позволяет существенно улучшить результаты распознавания, а также сократить объем необходимых вычислений.

Таким образом, использование нейросетевой технологии для диагностики паовых кулачков полиграфических машин покаао свою высокую эффективность. Несмотря на то что, этот метод требует большого объема предварительных исследований, обучения сети, определенной технологии подготовки данных, нейронную сеть можно в дальнейшем многократно использовать для выполнения диагноза на основе новых данных. Можно также смело предположить, что эта методика будет столь же эффективна и при диагностике других элементов и механизмов полиграфических машин. В даьнейшем планируется продолжение работ в данном направлении.

Несомненным преимуществом предлагаемого метода является возможность использования номинаьных переменных, что позволяет применять в целях технической диагностики качественные покаатели работы полиграфического оборудования и даже субъективное мнение обслуживающего пеесонаа, результаты опроса экспеетов и т.д. (необходимо лишь раработать соответствующие опросные листы и анкеты).

Современное автоматизированное полигрaфичecкoе оборудование оснащается встроенными системами функщюнаьной диагностики, обеспечивающими не только контроль за ходом технологического процесса, но и позволяющими контролировать отсаы электронного оборудования и откаы механических систем (в том числе эксплуатационные). Ведущие производители печатного обооудования, такие как «Heidelberg», «MAN Roland», «KBA», «Komori», «Kolbus» оснащают выпускаемое оборудование специ-аьными системами для сбооа, обработки и анаиза данных о работе машины, в том числе по техническому обслуживанию и откаам. Всс информация выводится на пульт управления машиной. Однако эти системы не пгеднана-чены для контодя технического состояния и износа обооудования.

Использование нейросетевых технологий дает возможность дополнить эти системы модулями контроля физического износа оборудования, что, несомненно, приведет к повышению качества выпускаемой продукции и снижению зафат на обслуживание.

На основании проделанной работы можно предложить следующий алгоритм построения диагностических систем с использован ем ИНС:

1.Рабиение множества состояний объекта на классы (составление алфавита классов).

2.Выбор пространства признаков и описание на языке признаков классов состояний объекта либо путем непосредственной обработки исходной апржоной информации, либо на основе методов обучения или самообучения.

3. Раработка технических сседств определения признаков.

4.Раработка методов и агооитмов обработки иформации, построение ИНС.

5. Оценка эффективности системы распознавания в ралиных режимах ее функционировани и т.д.

Библиографический список

1.Красников В.Ф. Некоторые вопросы анализа и синтеза кулачковых механизмов с учетом точности их изготовления: дис. ... канд. техн. наук / В.Ф. Крас ников. - М.: 1965.

2. Луговец В.А. Ниткошвейные машины и работа на них / В.А. Лу-говец. - М.: Книга, 1969. - 284 с.

3.Шостачук Ю.А. Синтез механизма качающегося стола ниткошвейных полиграфических машин с упругой компенсирующей связью: дис. ... канд. техн. наук / Ю.А. Шостачук. - Львов: УПИ им. И.Федорова, 1984.

Получено 17.01.08.

УДК 681.518.2

Г.Б. Куликов, Е.В. Раинкин

ДИАГНОСТИКА ОПОР ПЕЧАТНОЙ ПАРЫ РОТАЦИОННЫХ ПЕЧАТНЫХ МАШИН БАШЕННОГО ТИПА

Рассмотрены ударные явления, возникающие в печатных аппаратах уотащон-ных печатных машин во влемя похождения зоны выемок на цилинддах. С учетом коэффициентов демпфировання разработана динамическая модель печатного anпaрaта, позволяющая оценить пееемещение цилиндров в момент похождения зоны выемок и силы, передающиеся с цилиндра на корпус печатной секции в момент удараого изменения нагрузки. Обоснован выбор диагностических признаков подшипников печатной пры.

За последнее влемя создано большое количество высокоскоростных рулонных ротационных печатных машин разичных моделей и схем построения, в том числе и печатных машин башенного типа, которые позволяют выпускать как гаетную, так и книжно-журням^^^ продукцию. При печати на высоких скоростях в печатных аппаратах возникают значительные динамические нагрузки, оказывающие отрицательное влияние на качество печати. Особенно остро эта проблема проявляется в печатных машинах башенного типа, в котсфых печатные секции расположены верти-ка л но друг над другом, образуя печатную башню. Вследствие этого концентрация динамических нагрузок в машинах подобного типа значительно выше по сравнению с печатными машинами, у которых печатные секции расположены на одном уровне (горизонтально).

При высоких виббационных и динамических нагрузках в печатных аппаратах проявляютст такие дефекты печати, как «полошение», дробление изoбуaжeния, и т.п., а также из-за высоких динамических нагрузок могут происходить частые обрывы бумажного полотна в процессе печати.