Аттестация вибрационных установок и ударных стендов с помощью программного комплекса VisProbe SL

Любое испытательное оборудование, в том числе вибрационные установки и ударные стенды, требует проверки на соответствие характеристик требованиям нормативной документации. Многие предприятия с помощью устаревшего оборудования проводят эти операции в ручном режиме, что приводит к огромным временным и финансовым затратам. Также появляется риск появления ошибок из-за «человеческого» фактора, т.к. в отличии от автоматического режима измерений есть вероятность ошибки и ограничения на количество проводимых сотрудником измерений.

Аттестация приборов это ответственная операция и допущенные на этом этапе ошибки могут привести к выходу из строя оборудования, несоответствию заявленным характеристикам и срыву заказов. Для недопущения подобных ситуаций компанией «Висом» создано передовое оборудование и программное обеспечение, позволяющее проводить процедуры аттестации в автоматическом режиме.

Введем ряд основных понятий при аттестации виброустановок:

-Аттестуемая вибрационная установка – совокупность функционально объединенных блоков:

-вибростенда;

-средств заданий, управления, усиления, измерения и контроля;

-вспомогательных устройств, которые совместно должны обеспечивать воспроизведение вибрации с нормированными характеристиками с испытательными, поверочными или другими целями.

-Аттестуемая система управления вибрацией – система, входящая в состав аттестуемой вибрационной установки и осуществляющая задание режима работы, управление, усиление, измерения и контроль работы вибростенда;

-Аттестующая система управления вибрацией – система, подключённая параллельно управляющей системе и проводящая измерения и вычисления параметров вибростенда и управляющей системы.

Оборудование и программное обеспечение компании «Висом» позволяет осуществлять процедуру первичной и периодической аттестации вибрационных установок в соответствии с ГОСТ Р 8.568-2017 и ГОСТ 25051.3-83. Ряд параметров требующих проверки в рамках первичной/периодической аттестации проверяется без участия аттестующей СУВ, например измерение температуры проводится термометром, а индукция магнитного поля с помощью специального прибора измерителя магнитной индукции или милливеберметра.

Осмотр и проверка безопасности описаны в ГОСТ 25051.3-83 при этом проверяется отсутствие механических повреждений и соответствие установки требованиям безопасности в соответствии с нормативными документами и требованиями к вибрационной установке.

Первый запуск системы осуществляется при опробовании для этого осуществляется запуск системы и проверки ее работоспособности. При пробном пуске не требуется запуск на предельных значениях, поэтому рекомендуется произвести пуск на частотах из среднего частотного диапазона или на базовой частоте и с амплитудой не превышающей 50% номинальной.

Аналогично осуществляется проверка функционирования установки в условиях нагрузки, приложенной по линии, перпендикулярной к рабочей оси вибростенда. Для этого вибростенд переводится в горизонтальное положение (рис. 1) и на него устанавливается нагрузка равная четверти номинальной нагрузки. Если стенд предназначен для воспроизведения горизонтальных вибраций, то он переводится в вертикальное положение. Осуществляется запуск с помощью штатной аттестуемой СУВ и фиксируется работоспособность вибрационной установки.

Рисунок 1 Поворот вибростенда

 

Проверка функционирования установки в условиях ее нагружения допустимым моментом от эксцентриситета нагрузки также осуществляется с  1/4 номинальной нагрузки. Ось, на которой располагается нагрузка, параллельна рабочей оси вибростенда и смещена относительно нее на расстояние (рис. 2), вычисляемое по формуле

 

 - наибольший допускаемый момент от эксцентриситета нагрузки, Н·м;

 - вес эквивалента нагрузки, Н.

Так, например для вибрационной установки, используемой далее в ходе примера аттестации

.

Вибростенд имеет следующие характеристики: масса номинальной нагрузки 16 кг, максимальное ускорение 200 м/с2. Это означает, что для проверки необходимо установить нагрузку массой 4 кг на расстоянии 15см от центра стола и запустить вибрационную установку. Если запуск произошел без ошибок, то считается, что этот пункт требований выполнен.

Рисунок 2 Смещенная нагрузка

 

Обратите внимание, что в соответствии с ГОСТ ряд характеристик исследуется при разных значениях нагрузки, например коэффициент неравномерности проверяется без нагрузки и с номинальной нагрузкой устанавливаемыми поочередно на вибростенд. Оценка параметров проводится по максимальному значению коэффициента, а к отчету прикладывается полный перечень коэффициентов на разных частотах. При ручной проверке это накладывает дополнительные обязанности по анализу данных на сотрудника, проводящего аттестацию.

Рассмотрим аттестацию вибрационной установки с помощью оборудования компании «Висом» и программного комплекса VisProbe SL.

 

Аттестация вибрационных установок

В качестве примера рассматрим процедуру аттестация вибрационной установки. Аттестация начинается с запуска программного модуля в VisProbe SL «Аттестация стендов» (рис. 3) на аттестующей СУВ. В примере в роли аттестующей СУВ использовалась ВС-407, на аттестуемой виброустановке установлена система ВС-207.

Рисунок 3 Модуль «Аттестация стендов»

 

Для ускорения процедуры аттестации применена схема с полным комплектом датчиков (рис. 4, 5). Для этого в контрольной точке расположен трехосевой датчик, позволяющий измерять КП, КГ, ускорение, частоту и другие параметры, также на столе закреплено три дополнительных датчика для измерения КН и задействован дополнительный канал для контроля цепи управления вибростендом (рис. 6). В итоге для аттестации задействовано 7 входных каналов аттестующей СУВ.

 

 

Рисунок 4 Схема аттестации

 

Рисунок 5 Фотография вибрационной установки

 

Подобная схема позволяет проводить измерения всех параметров за минимальное число запусков системы и максимально сэкономить ресурсы предприятия. Также исключаются ошибки при смене схемы крепления датчиков и фиксации промежуточных результатов.

По требованиям ГОСТ измерение нестабильности ускорения и частоты требуется проводить на протяжении максимального времени работы, а коэффициенты КГ, КП и КН необходимо измерять в трех точках стола. Однако на практике чаще руководствуются методиками аттестации виброустановки. Современные установки требуют измерения КГ и КП в контрольной точке, КН в разных точках стола вибростенда.

Стабильность современных СУВ позволяет не проводить измерение нестабильности подержания частоты и ускорения, т.к. у цифровых систем с обратной связью эти параметры имеют высокую точность и не зависят от времени работы и внешних условий, в ходе аттестации показано, что нестабильность на базовой частоте для системы ВС-207 в ходе проверки не превысила 0,002%.

Рисунок 6 Параметры каналов

Далее по порядку рассмотрим пункты аттестации и действия, необходимые для их измерения.

Сначала в качестве примера рассмотрим измерение нестабильности частоты и ускорения. Проанализируем данные полученные от датчика, находящегося в контрольной точке. Для этого из графиков «ускорение от времени» и «частота от времени» возьмем данные с действительными значениями и далее при помощи программы для обработки вычислим нестабильность по формуле.

, где

-текущее значение ускорения/частоты;

-действующее значение ускорения частоты.

Измерения проводились на частоте 400 Гц.

Рисунок 5 График зависимости частоты от времени на базовой частоте

Для подтверждения высоких эксплуатационных характеристик аттестуемой системы управления ВС-207 на протяжении 24 часов с помощью системы ВС-407 производилась запись частоты и амплитуды вибрации (рис. 5). Был произведен анализ полученных данных и получен результат по нестабильности ускорения и частоты. Полученная нестабильность составила всего 0,002% на протяжении всего времени работы.

Измерение диапазонов ускорения, перемещения и частоты производится в автоматизированном режиме. Для выводятся графики «Ускорение от времени» «Перемещение от времени» и «Частота от времени» отмечены граничные значения. Аттестуемая СУВ в ходе проверки запускалась с профилем, содержащим граничные значения параметров. На графиках отображаются действующие значения в процессе работы по профилю а также максимальное и минимальное значения.

Определение КГ, КП и КН осуществляется в полуавтоматическом или автоматическом режимах.

В полуавтоматическом режиме необходимо после настройке аттестуемой СУВ на заданные параметры в окне «Режим измерений» (рис. 7) выбрать частоту и массу нагрузки для которых производится измерение и нажать кнопку «Измерить». В режиме «Максимум» можно измерять КН, если имеется только один датчик и меняя его положение на столе последовательно измерять КН в каждой точке. Результатом работы в этом режиме является таблица со значениями КГ, КП и КН для всего диапазона частот (рис. 8).

Рисунок 7 Режим измерений

Рисунок 8 Таблица измеренных коэффициентов

Для поиска резонансов используется метод контроля канала управления аттестуемой СУВ во всем диапазоне частот. При проходе по рабочему диапазону частот на АЧХ будут видны все резонансные частоты (рис. 9). Далее при помощи инструмента «горизонтальные линии» расставляются маркеры на резонансных частотах и фиксируется значение частоты.

Рисунок 9. Поиск резонансов

Для определение вибрационного шума на столе достаточно при выключенном сигнале возбуждения на аттестуемой СУВ вывести значение ускорения. Отображаемое значение и будет среднеквадратическим значением вибрационного шума.

Перспективным и передовым направлением в аттестации является полная автоматизация процесса. Компания «Висом» предлагает реализацию такого функционала.  Для этого в ПО VisProbe SL реализована функция анализ прохода (рис. 10). Пользователю достаточно запустить аттестуемую СУВ для автоматического прохода во всем диапазоне частот и на аттестующей системе компании «Висом» начать процедуру аттестации. Система автоматически осуществит запись и анализ всех параметров вибрационной установки при этом проходе. Достаточно будем выполнить три прохода с разными нагрузками для измерения всех параметров вибрационной установки.

Рисунок 10 Анализ прохода

При применении таких технологий для контроля параметров аттестуемой вибрационной установки требуется минимальное вмешательство оператора. Предлагаемое компанией «Висом» оборудование и алгоритмы позволяют существенно снизить время аттестации и исключить ошибки. Благодаря этому Вы можете быть уверены в непрерывности производственного цикла и своевременном выполнении своих контрактов.