Bogdan ŻÓŁTOWSKI Marcin ŁUKASIEWICZ

Transkrypt

1 Bogdan ŻÓŁTOWSKI

2 Bogdan ŻÓŁTOWSKI DIAGNOSTYKA DRGANIOWA MASZYN pamięci Stanisława BYDGOSZCZ 2012

3 Prof. dr hab. inż. Bogdan ŻÓŁTOWSKI UTP WIM Bydgoszcz Dr inż. UTP WIM Bydgoszcz DIAGNOSTYKA DRGANIOWA MASZYN Przedstawiona w tej książce problematyka skupia się na zagadnieniach diagnostyki drganiowej zajmującej się oceną stanu dynamicznego oraz bezdemontażową oceną stanu technicznego maszyn. Metody i środki diagnostyki drganiowej dostarczają informacji o stanie dynamicznym badanych maszyn, a także informują użytkowników maszyn o jakości organizacji, zarządzania i strategii ich eksploatacji. Umiejscowienie problematyki tej książki w obrębie nauki eksploatacja maszyn jest zgodne z poglądami o składowych dziedzinach eksploatacji maszyn, na którą składają się: niezawodność, tribologia, diagnostyka techniczna, bezpieczeństwo i teoria eksploatacji. Systemy działaniowe, traktowane jako celowo wykonane obiekty dla wykonania określonej misji, cechują się dużą złożonością konstrukcyjną i funkcjonalną oraz dużą dywersyfikacją celów. Ich struktura i procesy w nich zachodzące mają niejednokrotnie cechy fraktalne (powtarzające się) i hierarchiczne (złożone z różnych podsystemów antropotechnicznych). Diagnozowanie takich systemów jest niezwykle potrzebne, ale i trudne. Rozwój diagnostyki idzie w kierunku informatycznego ujęcia samego procesu diagnozowania, jak i opisu przestrzeni uszkodzeń systemów i maszyn. Pozyskiwanie informacji diagnostycznej wymaga zaprojektowania specjalnego eksperymentu diagnostycznego, zorientowanego obiektowo, zgodnie ze specyfiką zużywania. Procesy starzenia i zużycia są źródłem (przyczyną) generowania różnych procesów, a następnie sygnałów diagnostycznych, które coraz częściej wykorzystuje się do sterowania systemem eksploatacji maszyn. Nieodłączne istnieniu maszyn procesy destrukcyjne (starzenie i zużycia) wymagają prowadzenia badań diagnostycznych, z których wynika zakres i częstotliwość czynności obsługowych, regulacyjnych i naprawczych przywracających ich zdatność użytkową. Książka przeznaczona jest dla szerokiego grona odbiorców, użytkowników maszyn, studentów wydziałów mechanicznych, inżynierów mechaników, młodych pracowników naukowych oraz pracowników zaplecza technicznego zakładów pracy. Recenzenci: prof. zw. dr hab. inż. Stanisław NIZIŃSKI WITPIS Warszawa Prof. dr hab. inż. Henryk TYLICKI - WIM UTP Bydgoszcz Materiały zrealizowane w ramach projektu badawczego: TECHNIKI WIRTUALNE W BADANIACH STANU, ZAGROŻEŃ BEZPIECZEŃSTWA I ŚRODOWISKA EKSPLOATOWANYCH MASZYN Program operacyjny innowacyjna gospodarka numer projektu: WND-POIG /09 Wydawnictwo: Skład, druk i oprawa: Tel. *Cytaty zaczerpnięto z wielu dostępnych ksiąg cytatów.

4 SPIS TREŚCI WPROWADZENIE 1. PODSTAWY DIAGNOSTYKI TECHNICZNEJ 1.1. Degradacja stanu maszyn 1.2. Diagnostyka techniczna 1.3. Klasyfikacja stanu obiektu 1.4. Modele diagnostyczne 1.5. Eksperymenty diagnostyczne 1.6. Rozpoznawanie stanu maszyny 1.7. Ekonomika diagnostyki 2. PROBLEMY GŁÓWNE DIAGNOSTYKI DRGANIOWEJ 2.1. Geneza dziedziny 2.2. Stan dynamiczny maszyny 2.3. Źródła procesów drganiowych 2.4. Model generacji sygnału drganiowego 2.5. Miary procesów drganiowych 2.6. Selekcja miar procesu drganiowego 2.7. Identyfikacji prosta 2.8. Analiza modalna 3. METODY STATYSTYCZNE W DIAGNOSTYCE DRGANIOWEJ 3.1. Wprowadzenie 3.2. Metoda OPTIMUM 3.3. Metoda SVD 3.4. Modelowanie przyczynowo skutkowe 3.5. System informatyczny badań identyfikacyjnych 4. NARZĘDZIA I SYSTEMY DO POMIARU DRGAŃ 4.1. Pomiary i analiza drgań 4.2. Układy pomiarowe drgań mechanicznych 4.3. Czujniki drgań 4.4. Systemy pomiarowe 5. EKSPERYMENT DIAGNOSTYCZNY 5.1. Obiekt badań 5.2. Warunki badań 5.3. Wybór punktów odbioru sygnału drganiowego 5.4. Wyniki badań Opracowanie wyników 6. POSŁOWIE LITERATURA

5 WPROWADZENIE...z dwojga złego nie warto wybierać... Zagadnienia poprawności funkcjonowania systemów działaniowych stały się w ostatnim czasie ważnymi problemami technicznymi i ekonomicznymi. Szybki rozwój techniki spowodował wzrost niezamierzonych skutków, których masowość i nasilenie zaczyna zagrażać środowisku, człowiekowi i jego wytworom. Stałe zwiększanie efektywności procesów technologicznych, poprzez podwyższanie prędkości eksploatacyjnych oraz optymalizacja gabarytowa i wagowa - w efekcie prowadzą do wzrostu oddziaływań dynamicznych, często zbędnych z punktu widzenia realizowanego procesu użytkowego. Te tendencje w połączeniu z masowością stosowania systemów technicznych stwarzają zagrożenia zdrowia i życia ludzkiego, wydajności pracy, zmniejszenia dokładności, niezawodności i trwałości oraz destrukcję środowiska, a więc powodują obniżenie podstawowych wskaźników nowoczesności. Przeciwdziałanie tym niekorzystnym skutkom jest możliwe często jedynie poprzez stosowanie metod i środków diagnostyki technicznej, w tym szczególnie często wykorzystywanej w praktyce diagnostyce drganiowej maszyn. Diagnostyka techniczna to zorganizowany zbiór metod i środków do bezdemontażowej oceny stanu (jego przyczyn, ewolucji i konsekwencji) systemów technicznych. W większości przypadków są to systemy działaniowe, celowo zaprojektowane dla wykonania określonej misji, generujące lub transformujące informacje, które są wykorzystywane do oceny ich stanu technicznego. W tej książce przedstawiono wybrane zagadnienia diagnostyki technicznej i na tym tle istotę i zadania diagnostyki drganiowej maszyn oraz najważniejsze charakterystyki układów mechanicznych, jako modeli maszyn i urządzeń. Przedstawione zagadnienia teoretyczne są związane z teorią drgań, modelami generacji sygnału drganiowego oraz z podstawowymi źródłami procesów drganiowych, emitowanych przez maszyny w trakcie ich użytkowania. Wskazano też na sposoby opisu stanu dynamicznego maszyn, które przekładają się na pomiar drgań, a następnie na miary sygnału drganiowego. Duża przydatność symptomów drganiowych w praktyce diagnozowania maszyn w przemyśle, już od dawna została zauważona przez inżynierów z obszaru utrzymania zdatności maszyn, wymaga jednak ciągłego doskonalenia zasad praktycznego ich wykorzystania. Przedstawione problemy diagnostyki drganiowej obejmują klasyfikację stanów obiektów, akwizycję sygnałów i ich przetwarzanie, selekcję sygnałów i ich podstawowe procedury oraz metody i zasady wnioskowania diagnostycznego, wspierane często opracowywanymi modelami przyczynowo skutkowymi. Zagadnienia te wsparto aparatem statystycznym i dostępnym komercyjnie oprogramowaniem, umożliwiającym wnioskowanie dla losowo pobranych próbek badawczych, by na podstawie opracowanych wyników, można było przenieść rezultaty badań na całą populację badanych obiektów. Książka przeznaczona jest dla szerokiego grona odbiorców, studentów wydziałów mechanicznych, inżynierów mechaników i młodych pracowników naukowych oraz pracowników zaplecza technicznego zakładów pracy i użytkowników maszyn. Autorzy mają nadzieję, iż przedstawione w opracowaniu zagadnienia teoretyczne oraz wskazania praktyczne przyczynią się do poszerzenia wiedzy i umiejętności związanych z problematyką diagnostyki drganiowej maszyn. Ileż przemyśleń i nowych inicjatyw wzbudza uważna treści tej książki, czego wszystkim zajmującym się diagnostyką drganiową i wibroakustyką, życzą: Bogdan ŻÓŁTOWSKI