Датчики для вимірювання параметрів вібрації - Діагностика будівельних машин
Вібраційні методи діагностування агрегатів двигуна (циліндропоршневої групи, кривошипно-шатунного механізму, механізму газорозподілу та паливної апаратури) знаходять все більшого поширення.
У апаратурі, що використовується при цьому, застосовують в основному піброакселерометри, які встановлюють в діагностичній зоні механізму. За допомогою акселерометрів високочастотні механічні коливання та ударні імпульси перетворюються на електричний сигнал, при цьому здійснюється частотний поділ сигналів смуговими фільтрами (із загального рівня вібрацій виділяється активна смуга, яка несе максимальну інформацію) та їх фазова (тимчасова) селекція.
Вібро акселерометри працюють у комплекті зі спеціальною підсилювально-перетворюючою, аналізуючою та реєструючою апаратурою. При цьому важливою особливістю є правильне узгодження величини вхідного опору вхідної ємності підсилювача-перетворювача з характеристиками навантажувача датчика і встановлення необхідного коефіцієнта.
Вібраційні коливання з певними амплітудами і частотами в основному виникають від зіткнення (пружні ударні впливи) деталей, що сполучаються за наявності між ними зазорів (наприклад, при перекладці поршня з одного боку гільзи на іншу). Є кілька способів виділення інформативного діагностичного сигналу під час вібраційного діагностування. Найпростіший спосіб – виділення загального рівня вібрацій у діагностичних дефектаційних зонах двигуна. У цьому випадку для встановлення нормативних значень діагностичного параметра необхідно знати математичне очікування загального рівня вібрацій для номінального та зношеного станів. Наприклад, для номінального зазору у поєднанні гільза-поршеньдизельного двигуна СМД-146 = 0,18-0,22 мм загальний рівень вібрацій відповідає.
Даний спрощений вібраційний метод реалізований у діагностичному приладі ЕМДП-2 та дозволяє оцінити технічний стан циліндропоршневої групи, теплові зазори в клапанному механізмі (без зняття клапанної кришки головки блоку), шатунних підшипників двигуна.
Більш точний спосіб вібраційного діагностування ґрунтується на використанні частотного та тимчасового виділення (селекції) вібросигналу. Сутність цього способу полягає в тому, що вібраційний сигнал має певний спектр частот складної форми, який можна подати у вигляді безлічі гармонійних складових. Ці складові можна оцінити, вимірявши амплітуду вібросигналу у вузькій смузі частот. Частотний поділ сигналів здійснюється за допомогою фільтрів та із загального рівня вібрацій виділяється активна смуга, що несе максимальну діагностичну інформацію. З цією метою використовують вузькосмугові третьооктавні фільтри, які дозволяють підвищити відношення "корисний сигнал - перешкода" і зменшити вплив інших пар двигуна на сигнал досліджуваного сполучення. Для виділення діагностичного сигналу різних вузлах двигуна використовують різні фільтри: для цилиндропоршневой групи фільтр із частотою 5 кГц, для форсунок-16 кГц, визначення кута випередження подачі палива - 32 кГц при пьезоакселерометре типу Д14.
Крім частотної селекції важливо здійснювати і тимчасову селекцію, оскільки зіткнення деталей у кінематичних парах агрегатів двигуна відбуваються у різні моменти часу. З цією метою проводиться стробування вібросигналу з конкретного сполучення щодо опорної точки (верхньої мертвої точки) поршня першого циліндра. Завдяки тимчасовій селекції практично виключаєтьсявплив циліндропоршневої групи та механізму газорозподілу на віброударні процеси в паливній апаратурі та навпаки.
Вібраційний метод діагностування з частотною та тимчасовою селекцією реалізований у діагностичній та прогнозуючій системі КІ-13940-ГОСНІТІ. Тут використовується датчик верхньої мертвої точки для отримання опорного імпульсу; датчик синхронізації (п'єзоакселерометр Д14 встановлюється на паливопроводі високого тиску дизельного двигуна) - для отримання імпульсу, що відповідає моменту спрацьовування механізму, фази якого визначаються; датчик вимірювальний Д14, який встановлюється у певній точці дефектаційної зони механізму. Як діагностичні параметри використовуються амплітуда і фаза вібросигналу.
Віброперетворювачі Д14, Д11, ПДУ-2 та ІС-313А мають один і той же принцип дії.
Віброперетворювач п'єзоелектричний Д14 призначений для перетворення механічних коливань в електричні сигнали, пропорційні прискоренню об'єкта, що коливається, і використовується спільно з вібровимірювальними пристроями для вимірювання параметрів вібрації у виробничих умовах.
З віброперетворювача є різьбовий отвір М5 для кріплення віброперетворювача до об'єкта. Ізолятори 11 і 12 опресовані втулкою 10, яка центрує контакт 13. У неробочому стані на віброперетворювач нагвинчені ковпачки 14 і 15, які оберігають приєднувальні, різьблення від забоїн і забруднення. Основа та корпус віброперетворювача виготовлені з титанового сплаву ВТЗ-1.
Принцип роботи віброперетворювача ґрунтується на прямому п'єзоефекті. При дії механічних коливань вздовж поздовжньої осі віброперетворювача інерційна маса зазнає дії сили, при цьому п'єзоелементипіддаються деформації стиснення-розтягування. Внаслідок цього на електродах п'єзоелементів виникають електричні заряди, прямо пропорційні прискоренню, що діє.
Порівняльний аналіз різних віброперетворювачів, що використовуються у засобах діагностування, наведено.