Вибрационные испытания и анализ данных: современный подход

Управление виброиспытаниями и сбор данных в процессе их проведения или в условиях эксплуатации изделия является одной из важнейших задач при разработке и производстве в самых различных отраслях производства, начиная от электроники и заканчивая космической промышленностью.

Вибрационные испытания

Системы, обеспечивающие управление виброиспытаниями должны имитировать нагрузки на вибростенде, максимально приближенные к реальным условиям эксплуатации изделия. Для этого система должна уметь работать с различными типами вибродатчиков (ускорение, скорость, перемещение и т.д.), обеспечивать необходимый частотный диапазон, обладать всем спектром доступных на данный момент типов испытаний, а также максимально автоматизировать процесс проведения испытаний и упростить оператору задачу формирования настроек теста и отчетов. Также немаловажной является возможность интеграции системы управления виброиспытаниями в общий комплекс исследовательского и испытательного оборудования предприятия.

Многостендовые вибрационные испытания с использованием ВС-407

В настоящее время все большую популярность приобретают многостендовые вибрационные испытания. Это связано с тем, что стали появляться современные методики испытаний, максимально приближенные к действительности и реальным условиям эксплуатации изделий. Разработка этих методик стала возможной благодаря развитию технологических средств проведения испытаний. Так, например, возрастает потребность предприятий в виброустановках не просто состоящих из нескольких вибростендов, а позволяющих оказывать воздействие по всем доступным степеням свободы — перемещение по трем осям с одновременным вращением вдоль каждой оси.

Усложнение методик тестирования обусловлено двумя факторами. Во-первых, это попытка максимально приблизиться к реальным (в том числе и предельным) условиям эксплуатации изделия. Во-вторых, многообразие испытаний, которым подвергаются изделия в процессе проектирования и изготовления требует все больше и больше времени на их проведение.

Системы управления вибрационными испытаниями производства «Висом»

Компания «Висом» предлагает актуальные решения в области вибрационных испытаний, которые соответствуют всем современным требованиям к испытательному оборудованию. Линейка систем управления виброиспытаниями (ВС-207, ВС-301, ВС-301М и ВС-407) является не просто высокоточными приборами с отличными техническими характеристиками, но и обладает всеми актуальными средствами для проведения вибрационных испытаний любой сложности [1]. Программно-аппаратный комплекс позволяет проводить все возможные испытания в соответствии с отечественными и международными стандартами. Гибкая система настроек испытаний позволяет создавать различные сценарии тестирования изделий, наглядно отображать необходимые данные и графики в ходе испытания, а также автоматически формировать необходимую документацию.

Системы управления производства «Висом» позволяют проводить полный спектр испытаний с использованием многостендовых испытательных установок, благодаря чему могут существенно повысить их эффективность и сократить временные затраты. Например, использование новейших методик при аттестации и калибровке вибрационного оборудования (ВС-321, ВС-421) позволяет добиться сокращения времени проведения работ в несколько раз [2].

В ходе проведения испытаний и эксплуатации оборудования порождается огромный поток сигналов и данных, которые характеризуют как физическое состояние самого изделия, так и процессы, протекающие при работе в различных режимах. Сбор и анализ этих данных позволяет решать различные инженерные задачи. Чем больше разнообразных данных удается зафиксировать и проанализировать, тем выше эффективность опытно-конструкторской разработки и достоверность проводимых испытаний, и ниже вероятность внезапных аварийных ситуаций. 

Многообразие испытуемых объектов, условий их эксплуатации и контролируемых параметров является дополнительным фактором, усложняющим процесс сбора и анализа данных. Современные системы сбора данных должны уметь работать с разными датчиками (вибрации, тензометрии, перемещения, скорости, давления, напряжения, тока, температуры и др.), обеспечивать одновременный синхронный сбор данных с большого числа каналов, а также предоставлять широкий набор инструментов для анализа собранных данных.

Сбор, анализ, регистрация данных

Автономные регистраторы данных от «Висом»

Кроме систем управления компания «Висом» предлагает широкую гамму оборудования для сбора, регистрации и анализа данных.

Автономные регистраторы (ВС-317 и ВС-327) за счет своих небольших размеров и защищенного исполнения позволяют исследовать уровни вибрации и ударных воздействий в таких условиях, в которых другие приборы просто неприменимы. Кроме перечисленного, особенностью таких приборов является высокая длительность автономной работы, что позволяет исследовать даже очень длительные процессы. Они могут использоваться в качестве регистраторов транспортной тряски при перевозках грузов, чувствительных к условиям транспортировки. В этом случае после доставки груза можно считать данные с регистратора и убедиться, что нормы вибрации в пути не были превышены. Или наоборот, зафиксировать факт нарушения условий перевозки и принять соответствующие меры. Также автономные регистраторы позволяют собирать данные в условиях, непригодных для другого оборудования и человека. Например, с помощью таких приборов можно проводить испытания и аттестацию парашютно-спасательных средств в любых условиях или аттестовать развлекательные аттракционы, не подвергая риску людей. Спектр применения небольших защищенных регистраторов не ограничивается перечисленными примерами.

Вибромониторинг

Система для проведения вибромониторинга производства «Висом»

Промышленные предприятия, в большинстве своем, обладают внушительным парком различного механического оборудования, начиная с вентиляторов и насосов и заканчивая станками и турбинами и т.д. Вечного ничего нет, и каждая единица оборудования рано или поздно потребует технического обслуживания или ремонта. Для поддержания производственных мощностей в рабочем состоянии на предприятиях организованы службы технического обслуживания и ремонта (ТОиР). Ни для кого не секрет, что эффективность производства напрямую зависит от надежности используемого оборудования. Своевременная диагностика оборудования позволяет не только предотвратить аварийные остановы оборудования (и, может быть, всего производства), но и спрогнозировать остаточный ресурс работы оборудования в целом и его узлов в частности. Так устранение дефекта, выявленного на ранней стадии, позволяет избежать повышенного износа окружающих деталей и узлов, что в долгосрочной перспективе существенно снижает финансовые затраты.

Современная диагностика оборудования строится на принципах неразрушающего контроля. Сюда можно отнести вибрационное и акустическое обследование, трибодиагностика, исследование тепловых процессов, исследование электрических параметров и т.д. Каждый вид неразрушающего контроля позволяет обнаруживать разнообразные дефекты узлов и механизмов на разных стадиях их проявлений. Первым рубежом безопасности и надежности оборудования является вибромониторинг. Он позволяет с наименьшими затратами покрыть наибольшее количество возможных дефектов и аварийных ситуаций.

Система стационарного вибромониторинга (ВС-357) предоставляет большой набор методик и инструментов, которые позволяют выявить очень большое число различных дефектов механического оборудования на разных стадиях развития, в том числе и на самых ранних. Вибромониторинг основывается на нескольких простых принципах, которые в совокупности позволяют эффективно решать задачи оценки ресурса оборудования по фактическому состоянию. Во-первых, возможность интеграции в существующие системы автоматики объектов мониторинга позволяет более гибко управлять режимами оценки контролируемых параметров и предотвращать резкое развитие внезапных авариных ситуаций за счет своевременного штатного отключения оборудования. Во-вторых, доскональное изучение конструкции объекта мониторинга позволяет не только оценивать общее вибрационное состояние, но и с помощью различных методик (например, спектрального анализа) обнаруживать дефекты отдельных узлов на ранних стадиях зарождения. И, наконец, главная особенность систем вибромониторинга — прогнозирование остаточного ресурса каждого узла сопровождаемого оборудования. Совокупность этих средств позволяет практически полностью исключить аварийные остановы оборудования, эффективно планировать ТОиР, что в результате приведет к уменьшению простоев оборудования и увеличению общей эффективности.

Вибродиагностика

Следующим шагом к безопасному, безаварийному и эффективному использованию оборудования, машин и механизмов является вибродиагностика. Если основной целью вибромониторинга является обнаружить дефекты и спрогнозировать их развитие, то вибродиагностика применяется для выявления причин возникающих дефектов.

Компания «Висом» предлагает ряд приборов как лабораторного, так и портативного исполнения для проведения вибрационной диагностики и виброналадки оборудования. Основной акцент в предлагаемых решениях сделан на спектральном анализе вибрации, как на самом эффективном способе выявления дефектов механического оборудования и причин их возникновения [3]. Данные приборы позволяют в режиме реального времени производить сложный анализ не только вибрационных сигналов, но и тензометрии, температуры, давления и т.д. При необходимости можно осуществить запись сигналов со всех датчиков для последующего более тщательного и всестороннего анализа с помощью специализированного ПО разработки компании «Висом». В зависимости от решаемой задачи могут быть использованы как лабораторные приборы (ВС-407), в состав которых входят сотни измерительных каналов, так и портативные устройства с расширенным диапазоном условий эксплуатации (ВС-311) для работы на борту наземных, воздушных или других транспортных средств.

Многоканальные системы (ВС-311 и ВС-407) позволяют с исключительной точностью синхронно фиксировать десятки и сотни сигналов с датчиков разных типов, которые установлены на исследуемом объекте. Контроль и изучение разнородных данных позволяет получить максимум информации об исследуемых объектах, а также проанализировать процессы, протекающие в них. Такой подход наиболее востребован при проведении опытно-конструкторских разработок, когда надо не только измерять контролируемые параметры, но находить в них взаимозависимости.

Портативные приборы (ВС-311) позволяют производить исследование сигналов как полевых условиях, так и на борту транспортных средств в реальных условиях эксплуатации. В зависимости от набора используемых датчиков могут решаться совершенно разные задачи. Например, при наличии щупов прибор может использоваться как пишущий осциллограф с функциями анализа сигналов. При использовании акселерометров и тахометра можно выполнять работы по динамической балансировке оборудования в собственных опорах. А использование комплекта из акселерометров, тахометра и дальномера позволяет выполнять вибродиагностику трансмиссии любого вертолета, динамическую балансировку его несущих и рулевых винтов, а также измерение и регулировку соконусности несущего винта.

Модальный анализ

Одной из важных особенностей приборов и программного обеспечения компании «Висом» является возможность проведения модального анализа [4]. Этот вид анализа применяется для изучения и исследования собственных форм колебания объектов. Для проведения такого анализа необходимо полное представление о внутренней структуре испытуемого объекта, и мощный математический аппарат для расчета всех взаимовлияний структурных элементов друг на друга. Однако, применение модального анализа позволяет решать конструкторские и исследовательские задачи, недоступные другим видам анализа. Становится возможным исследование не только отдельных резонансов, но и их совокупностей, наложений и условий возникновения. На основании результатов модального анализа могут приниматься обоснованные решения по изменению конструктивных особенностей объектов или корректировке условий дальнейшего использования.

Вывод

Еще раз стоит отметить, что использование систем сбора и анализа данных не ограничивается одной вибродиагностикой, а позволяет решать более комплексные и сложные задачи, связанные с обработкой большого количества сигналов, поступающих с датчиков различных типов. Широкий спектр высокоточного оборудования, выпускаемого компанией «Висом», помогает решать актуальные задачи исследовательских и производственных предприятий в областях виброиспытаний, вибродиагностики, сбора и анализа данных.

Автор — Андрей Павлович Нестеров, специально для «Висом»

УДК статьи — 620.162

Литература

1. ГОСТ 30630.0.0-99 «Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Общие требования».
2. Соколов И.Н., Кулак В.А. Современный подход к виброиспытаниям: переход от абстракций к реальным данным // Вестник метролога, № 1, 2014. С. 23-29.
3. Lalanne C, Random Vibration: Mechanical Vibration and Shock Analysis, Volume 3/ Christian Lalanne, London, 2002 — 366 с.
4. Topics in Modal Analysis & Testing, Volume 10, Proceedings of the34th IMAC, A Conference and Exposition on Structural Dynamics 2016.