ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МАШИН

APPLICATION OF VIBRATION DIAGNOSTICS FOR TECHNICAL DIAGNOSTICS OF MACHINES

Vladimir Manyukhin

master's student, Department of Operation of Transport and Technological Machines, Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I,

Russia, Voronezh

Alexander Korolev

scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Operation of Transport and Technological Machines, Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I,

Russia, Voronezh

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрен способ вибродиагностики узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин с помощью платформы Arduino и акселерометра MPU-6050. Приведены результаты экспериментального анализа характеристики вибрации центробежного масляного фильтра двигателя СМД-62 при различных режимах работы.

ABSTRACT

The article discusses a method for vibration diagnostics of components and assemblies of agricultural machines using the Arduino platform and the MPU-6050 accelerometer. The results of an experimental analysis of the vibration characteristics of the centrifugal oil filter of the SMD-62 engine under various operating modes are presented.

Ключевые слова: вибродиагностика, платформа Arduino, акселерометр MPU-6050, сельскохозяйственная техника.

Keywords: vibration diagnostics, Arduino platform, MPU-6050 accelerometer, agricultural machinery.

Эффективное функционирование парка сельскохозяйственной техники во многом зависит от оперативности выявления и устранения возможных неисправностей. Важно иметь возможность определить любые проблемы до их превращения в серьезные поломки, которые могут привести к простою оборудования и значительным финансовым потерям.

Техническое диагностирование выступает важным инструментом в этом процессе. Оно позволяет проводить систематическую оценку состояния сельскохозяйственной техники, выявлять потенциальные проблемы и предупреждать их возникновение [3].

Одним из способов технического диагностирования является вибродиагностика, она позволяет достоверно выявлять и прогнозировать техническое состояние объекта с минимальными трудовыми и материальными затратами.

Вибродиагностика основана на анализе вибрационных сигналов, которые излучает каждое устройство, включая сельскохозяйственную технику, в процессе работы. Этот анализ помогает выявить проблемы, такие как дисбаланс, износ подшипников, трещины и другие дефекты, до их превращения в серьезные поломки или аварии [1].

На сегодняшний день существует множество приборов для вибрационной диагностики, однако в связи с их дороговизной и невозможностью использования ряда приборов для использования в бортовой системе мониторинга вибрации узлов агрегатов, был разработан прибор на основе аппаратной платформы Arduino с использованием акселерометра MPU-6050.

Сбор данных начинается с подключения акселерометра к микроконтроллеру Arduino и установки печатной платы акселерометра на оборудование, подлежащее диагностике. Вибрационные данные считываются с помощью Arduino, которая выполняет функцию контроллера для непрерывной записи сигналов, поступающих от датчика MPU-6050 и дальнейшей передачи их на компьютер. Сигнал, поступающий на компьютер, обрабатывается с помощью математических программ MATLAB или Scilab с последующим выделением параметров вибрации.

Для получения частотного спектра сигнала, данные, полученные с датчика MPU-6050, подвергаются быстрому преобразованию Фурье (БПФ). Чтобы минимизировать искажения и повысить точность анализа, используется функция Хэмминга для оконного сглаживания сигнала. Применение этой функции позволяет уменьшить побочные эффекты, вызванные краевыми эффектами в данных, и обеспечивает более точное представление частотных характеристик [2].

Для исследования возможности измерения характеристик вибрации, а также дальнейшего использования данного аппаратного обеспечения для мониторинга вибрации узлов и агрегатов сельскохозяйственной техники были произведены экспериментальные исследования.

Суть исследования заключается в снятии характеристик вибрации центробежного масляного фильтра двигателя СМД-62 на разных режимах работы. Для двигателя СМД-62 нормальная работа центробежного фильтра достигается при номинальной частоте вращения двигателя – 2100 об/мин, максимальная частота вращения – 2350 об/мин, минимальная частота вращения – 800 об/мин, все остальные режимы считаются переходными.

В ходе эксперимента были измерены характеристики вибрации центробежного фильтра на разных оборотах двигателя в диапазоне от 800 до 2350 об/мин. Пиковые значения амплитуды вибрации показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Пиковые значения амплитуды вибрации в зависимости от частоты вращения двигателя

Из анализа данных следует, что пиковые значения вибрации центробежного фильтра изменяются в зависимости от частоты вращения двигателя. При заглушенном двигателе наблюдается минимальные значения вибрации соответствующие шумам. Это свидетельствует о том, что при отсутствии работы двигателя система находится в покое и ее вибрационные характеристики минимальны.

При работе двигателя на минимальной частоте вращения 800 об/мин начинается работа системы, что проявляется появлением пиковых колебаний. Это означает начало работы оборудования и передачи вибраций на фильтр.

На частотах 1200 и 2350 об/мин наблюдается наибольшее значение вибрации, что может свидетельствовать о возможных резонансных явлениях. Это означает, что при данных частотах вращения двигателя система работает на режимах значительно отличающихся от номинального режима работы.

Последующий анализ показывает, что при увеличении частоты до 1600 об/мин и 2000 об/мин пиковые значения вибрации уменьшаются, но остаются выше, чем на номинальной частоте 2100 об/мин, где вибрация минимальна. Это может свидетельствовать о том, что при данных частотах вращения наблюдается снижение нагрузки ротор центробежного фильтра, но она все еще больше, чем при номинальном режиме.

Подводя итоги, можно сказать, что номинальная частота 2100 об/мин обеспечивает оптимальную, стабильную работу центробежного фильтра и минимальные вибрации. Это свидетельствует о важности поддержания оптимальных условий работы оборудования для обеспечения его долгосрочной работы и безопасности эксплуатации.

Таким образом, в ходе экспериментальных исследований было доказано, что данное аппаратное обеспечение может применяться для мониторинга вибрации узлов и агрегатов сельскохозяйственной техники. Благодаря анализу вибрации диагностируемого объекта можно выявлять развитие дефекта, а с помощью оперативного реагирования на основе анализа этих данных предотвратить непредвиденные неисправности и сократить затраты на ремонт.

Список литературы:

1. Колобов, А.Б. Вибродиагностика: теория и практика : учеб. пособие  - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. — 252 с.
2. Корытов М. С. Основы автоматизированного проектирования : методические указания. — Омск : СибАДИ, 2016. — 18 с.
3. Кухарев, О. Н. Пути повышения эффективности использования машинно-тракторного парка // Состояние и перспективы развития АПК : сборник статей Международной научно-практической конференции, посвящённой 60-летию кафедры "Организация и информатизация производства", (Пенза, 26–27 ноября 2014 г.). – Пенза: Пензенская государственная сельскохозяйственная академия, 2014. – С. 35-40.