Способ автоматической диагностики барабанной мельницы
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ БАРАБАННОЙ МЕЛЬНИЦЫ при ее монтаже и эксплуатации, включающий измерение динамической составляющей мощности приводного двигателя и .рационных колебаний механической системы, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и оперативности диагностики,, дополнительно измеряют постоянную составляющую потребляемой мощности, из динамической составляющей мощности, вьщеляют сигналы на частоте оборотов и автоколебаний цапф опорных подшипников скольжения барабана, на частоте оборотов подвенцовой шестерни и на частоте оборотов приводного двигателя , вибрационные колебания механической системы измеряют по амплитудному и постоянному уровням вибрации на опоре скольжения барабана со стороны загрузки и со стороны разгрузки , на опоре подвенцовой шестерни со стороны измельчительного барабана и со стороны муфты, на опоре скольжения приводного двигателя со стороны измельчительного барабана и с противоположной от измельчительного барабана стороны и вычисляют величины, характеризующие состояние опорного узла со стороны загрузки и разгруз;ки барабана,состояние в опорах подвенцовой щестерни и приводного двигателя , состояния уровня осевьж перекосов изкельчительного барабана , подвенцовой шестерни и -приводного двигателя по формулам A, (a+a|)-(b, Aigohj Aj ( ),( Ь4)«Ач,ои-, Аэ (аз+ ay) Ajcjoh-, A4 ( 64) A4qon Ab(aj+a;)«bj AggohАб (аб+ ag) ba Aeqon; A(a, - a2)(b, + b4) Ag ( a,)b2.A§qor j (Л Aq (a5- a)bj6Ag Of,-, с /So(a4bJ A , , + где b boSr b by,; Ьз Ьд5з- b brt- b. f амплитудный и постояна и ный уровни вибрации на опоре скольжения QQ барабана мельницы со О 4; стороны загрузки; амплитудный и постоа .и а, янный уровни вибраО CO ции на опоре скольжения барабана со стороны разрузки; амплитудный и постоа и янный уровни вибрации на опоре шестерни со стороны измельчительного барабана; амплитудный и постоа . и А4 янный уровни вибрации на опоре шестерни со стороны-муфты;
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
3(59 В 02 С 25/00 1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ а и а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3589494/29-33 (22) 04.05,83 (46) 23.12.84 Бюл, N- 47 (72) А.Н.Марюта и Л,И.Мещеряков (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им.Артема(53) 621.926(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
¹ 576526, кл. В 02 С 25/00, 1973.
2.Авторское свидетельство СССР
Ф 948454, кл. В 02 С 25/00, 1980 (прототип). (54)(») СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ БАРАБАННОЙ MEJIbHHIgI при ее монтаже и эксплуатации, включающий измерение динамической составляющей мощности приводного двигателя и вибрационных колебаний механической системы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и оперативности диагностики,, дополнительно измеряют постоянную составляющую потребляемой мощности, из динамической составляющей мощности; выделяют сигналы на частоте оборотов и автоколебаний цапф опорных подшипников скольжения барабана, на частоте оборотов подвенцовой шестерни и на частоте оборотов приводного двигателя, вибрационные колебания механической системы измеряют по амплитудному и постоянному уровням вибрации на опоре скольжения барабана со стороны загрузки и со стороны разгрузки, на опоре подвенцовой шестерни со стороны измельчительного барабана и со стороны муфты, на опоре скольжения приводного двигателя со стороны измельчительного барабана и с противоположной от измельчительного бара..SUÄÄ 1130403 А
1 бана стороны и вычисляют величины, характеризующие состояние опорного узла со стороны загрузки и разгруз ки барабана, состояние в опорах подвенцовой щестерни и приводного двигателя, состояния уровня осевых перекосов измельчительного барабана, подвенцовой шестерни и -приводного двигателя по формулам
А, = (а+а) (bI-4} A1qan, А1=(а + а ) (Ь„- Ь4)<А, он;
Aq=(a + аз ) Ь а А 1ои;
А4 (a4+ а4) by А4ч 1
А =(а + а ) b < А о, А = (a<+ a ) Ьз. = Apron;
А1=(а1 a ) < (b„+ Ь4)йА уи,;
Ag=(a>- а4) ° bg А 9,;
А =(а - а ) ь < А yon;
А14=(а4.- а ) (Ь + Ьз) а Д1„ „. где Ь1= Ь31- bht Ь. = ЬОЬ1- Ьиэ
3 d 5 4
1 ) а4и а4 - амплитудный и постоян1 ный уровни вибрации на опоре скольжения барабана мельницы со стороны загрузки; а и а — амплитудный и посто1 янный уровни вибрации на опоре скольжения барабана со стороны разрузки1 амплитудный и постоянный уровни вибрации на опоре шестерни со стороны измельчительного барабана; а и а4 — амйлитудный и посто4 янный уровни вибрации на опоре шестерни со стороны-муфты;
1130403 ахи
АиА ( а и а(Аи А
5 6
А„и А амплитудный и посто- янный уровни вибрации на опоре скольжения приводного двигателя со стороны измельчи-тельного барабана;, амплитудный и постоянный уровни вибрации на опоре скольжения приводного двигателя с противоположной от измельчительного барабана стороны; амплитуда частоты автоколебаний цапф опорных подшипников скольжения барабана; постоянная составляющая потребляемой мощности амплитуды оборотной частоты соответственно барабана, подвенцовой шестерни и двигателя; техническое состояние опорного узла со стороны загрузки и разгрузки барабанов, техническое состояние в опорах подвенцовой шестерни со стороны измельчительного барабана и со стороны муфты; техническое состояние приводного двигателя со стороны измельчительного барабана и с противоположной от измельчительного барабана стороны;
А,АО и А>- техническое состояние уровня осевых перекосов иэмельчительного барабана подвенцовой шестерни и приводного двигателя; техническое состояние т передающих муф
А1,„(1=1, 2...10} — допустимые значенйя соответствующих технических состояний, Изобретение относится к автоматическому контролю технологических процессов в горной промышленности, а также может быть использовано в отраслях промышленности, где применяются баРабанные мельницы, использующие в качестве привода синхронные и асинхронные двигатели.
Известен способ определения дефектов в деталях машин, основанный на регистрации, измерении и анализе амплитуды вибрации деталей, в котором сравнивают характеристики вибра" ций с установленным уровнем в процессе эксплуатации машин L13 .!5
Недостатками способа являются небольшая точность и малая предста-. вительность для определения дефектов только вибрационных характеристик.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ автоматической диагностики со-, стояния барабанной мельницы при ее монтаже и эксплуатации, включающий измерение динамической составляющей мощности приводного двигателя и вибрационных колебаний механической системы
Согласно этому способу для определения состояния привода барабанной мельницы выделяют из динамической составляющей сигналы с частотой автоколебаний цапф мельницы в подшипниках скольжения и ее трех гармоник, а иэ вибраций выделяют частоты сопряжения зубцов венцовой и подвенцовой шестерни и ее трех гармоник с последующим определением интегральной оценки выделенных частот за заданный период времени, по уровню этой оценки и судят о состоянии привода барабанной мельницы 2
Однако полученная данным способом информация ие дает возможности судить о всем множестве возникающих дефектов в силу интегральности своей природы и зависимости от величины sa403 где Ь, Ь 5-, Ь = Ь 3 з, а„и а„
a2s az! аЗ
4э! аб ьн
А, А
А, А4
А5 А з 130 данного времени, недостаточно оперативно отражает охватываемые дефекты и не в состоянии распознать место возникновения дефекта, Все это и особенно инерционность способа, ведет к значительным материальным потерям вследствие запаздывающего аварийного отклонения барабанной мельницы, Цель изобретения — повышения точ- 10
1 ности и оперативности диагностики.
Цель достигается тем, что согласно способу автоматической диагностики барабанной мельницы при ее монтаже и эксплуатации, включающему измерение динамической составляющей мощности приводного двигателя и вибрационных колебаний механической системы, дополнительно измеряют постоянную составляющую пот- gp ребляемой мощности, из динамической составляющей мощности выделяют сиг. налы на частоте оборотов и автоколебаний цапф опорных подшипников скольжения барабана, на частоте 25 оборотов подвенцовой шестерни и на частоте оборотов приводного двигателя, вибрационные колебания механической системы измеряют по амплитудному и постоянному уровням вибрации б на опоре скольжения барабана со стороны загрузки и со стороны разгрузки, на опоре подвенцовой шестерни со стороны измельчительного барабана и со стороны муфты, на опоре сколь35 жения приводного двигателя со стороны измельчительного барабана и с противоположной от иэмельчительного барабана стороны, вычисляют величины, характеризующие состояние опорного узла со стороны загрузки и разгрузки барабана, состояние в опорах подвенцбвой шестерни и приводного двигателя, состояния уровня осевых перекосов измельчительного барабана, подвенцовой шестерни и приводного двигателя по формулам
А = (а, + а ) (Ь, — b4 ) А, уоъ
Аг=(а + az ) (b„— b ) 4. A>gun; 50
А5=(аз+ з) b
А4=(а4+ а4) ° Ь, A4gog
А5=(а5+ а5) Ь 5 6А5у ;
Аб (аб+ a ) b> А4
A =(aÄ- a ) (Ь„+ Ь, ) А,,о„ .Ag=(a5- а„) Ъ A =(a>- а ) Ь5 « А оп А, =(а„- а ) (Ь. + Ь ) -А,о оп br 9 Ь2 Ья Ьи I Ь Ь4 Ь, Ь„ — амплитудный и постоянный уровни вибрации на опоре скольжения барабана мельницы со стороны загрузки амплитудный и посто- янный уровни вибрации на опоре скольжения барабана со стороны разгрузки; амплитудный и постоянный уровни вибрации на опоре шестерни со стороны иэмельчительного барабана; амплитудный и постоянный уровни вибрации на опоре шестерни со сто» 1 роны муфты; амплитудный и постоянный уровни вибрации на опоре скольжения приводного двигателя со стороны измельчительного барабана, амплитудный и постоянный уровни вибрации п на опоре скольжения приводного двигателя с противоположной от иэмельчительного барабана стороны; амплитуда частоты автоколебаний цапф опорных подшипников скольжения барабана, постоянная составляющая потребляемой мощ ности; амплитуды оборотной частоты соответственно барабана, подвенцовой шестерни и двигателя; техническое состояние опорного узла со стороны загрузки и разгрузки барабана; техническое состояние в опорах подвен\ цовой шестерни со сто роны измельчительного барабана и со стороны муфты; техническое состояние приводного двигателя со стороны измельчи113040 20 3 тельного барабана и с противоположной от измельчительного барабана стороны; А» А, А1- техническое состояние уровНя осевых перекосов измельчительного барабана подвенцовой шестерни и приводного двигателя; A î — техническое состояние передающих муфт, А1 „(1=1,2... 10) — допустимые значения соотвествующих технических состояний, На фиг. 1 приведены типичные спект-; ральные плотности динамической составляющей потребляемой приводными двигателями мощности барабанных мельниц типов NNC 70-23(а), 1КС 90-30А(б1, причем выделенные: диапазоны частот 1 соответствуют интен25 сивности оборотных частот опорных подшипников скольжения барабана, диапазоны частот ll представляют оборотные частоты опорных подшипников . подвенцовых шестерен, а интенсивный пик — оборотную частоту привод- 30 ного двигателя„1На фиг,2 — блоксхема устройства для реализации способа автоматической диагностики барабанных мельниц. Устройство содержит приводной 35 синхронный двигатель 1 и опорные подшипники 2, зубчатую муфту 3, редуктор 4, упругую муфту 5, опорные подшипники подвенцовой шестерни 6, подвенцовую шестерню 7, венцовое колесо 8, опорные подшипники 9 барабана, измельчительный барабан 10, вибродатчик 11 на опоре скольжения барабана мельницы со стороны загрузки, вибродатчик 12 на опоре скольжения барабана мельницы со стороны разгрузки, вибродатчик 13 на опоре подвенцовой шестерни со стороны измельчительного барабана, О вибродатчик 14 на опоре подвенцовой 50 шестерни со стороны упругой муфты вибродатчик 15 на опоре скольжения приводного двигателя со стороны измельчительного барабана, вибродат чик 16 на опоре скольжения приводно- 5-" го двигателя с противоположной от измельчительного барабана стороны, преобразователь 17 мощности, виброизмерительную аппаратуру 18, блок 19 полосовых фильтров зубцовой частоты венцовой шестерни, блок 20 усилительно-согласующих схем выделения общего уровня сигнала, пропорционального вибрациям, блок 21 согласования и выделения амплитудного уровня зубцовых частот, узкополосные фильтры 22-25 на частоты оборотов барабана, подвенцовой шестерни, приводного дви- гателя и частоту колебаний (автоколебаний } цапф барабана, фильтр 26 постоянной составляющей потребляемой мощности, блоки 27-31 усиления и выделения амплитудных уровней, сумматоры 32-35, вычислительный блок 36, блок 37 контроля, блок 38 задания,и блок 39 индикации и отключения . Сущность способа заключается в следующем. Первопричиной появления интенсивностей оборотных частот являются неидеальность изготовления и центровки вращающихся узлов и силы трения, действующие в них, Реальная зллипсовидность цапф опорных подшипников скольжения барабанных мельниц при вращении по- 1 рождает периодическое изменение силы трения и соответствующего ей момента с частотой оборотов данной .цапфы, Возникающий переменный момент передается по приводу на вал двигателя и вызывает компенсирующие колебания мощности на той же частоте с пропорциональной амплитудой. Аналогичные процессы происходят и в опорных подшипниках подвенцовой шестернй и приводного двигателя, Наличие постоянно обеспечиваемого нагнетания жидкой смазки в подшипники барабанной мельницы обуславливает ее рабочий режим с постоянной по уровню колебаний гидродинамической силой трения, Уменьшение подачи жидкой смазки в силу засорения или забивки тракта ее поступления, либо появление в ней абразивных включений, при некачественной фильтрации, приводит к увеличению гидродинамической силы трения с соответствующим увеличением уровня выделяемой оборотной частоты данного подшипникового узла, Сила гидродинамического трения зависит также и от технологического режима заполнения барабана мельницы измельчаемым материалом. В це7 1130403 лях компенсации действия последнего фактора вводится разностная характеристика уровня оборотной частоты барабана, подвенцовой шестерни и двигателя, и среднего уровня потребляемой мощности в виде ь„= ь, ; ь„; ь,= ь,„- ь„; ь,,= ь@ ь„, Таким образом, данная оценка дает возможность. судить о состоянии трения и начале аварийного эатирания в соответствующем подшипниковом узле. Амплитудный уровень частот авто,а колебаний также характеризует трение в опорных подшипниках H Выступает вторичной более инерционной и труд- но определимой оценкой, но в целом повыш-".ющей общую надежность контроля подшипниковых узлов, Величина амплитуды вибраций на частоте сопряжения зубьев венцовой и подвенцовой шестерен, порождаемых явлением кромочного удара в зубчатом заацеплении, отражает динамику наиболее сложно нагруженного механического узла привода барабанной мельницы, одновременно характеризуя ее техническое состояние по профилю износа зубцов. Общий уровень вибраций на каждом из опорных подшипниковых узлов позволяет получить оценку технического состояния системы барабанная мель-. ница — опорный фундамент. Измеряемый при монтаже и эксплуатации барабанной мельницы данный ряд оценок непрерывно сравнивается с экспериментально определенным для данного типа мельниц рядом допустимых значений Ai Ааqoh, и при нарушении данного неравенства происходит аварийное отключение с последующей установкой причины воз-, никновения предаварийной ситуации, Устройство работает следующим 45 образом, Синхронный двигатель 1 через зубчатую муфту 3, редуктор 4, упругую муфту 5, подвенцовую шестерню 7, 50 венцовое колесо 8 приводит во вращение измельчительный барабан мельницы. Мощность, потребляемая приводным двигателем, измеряется с помощью преобразователя 12 мощности, вибрации на55 опорах барабанной мельницы измеряются шестью вибродатчиками 11-16, с преобразователя мощности 17 сигнал 8 попадает и отфильтровывается в параллельных узкополосных фильтрах 22-25,, и фильтре 26 постоянной составляющей. В блоках 27-31 происходит усиление и выделение амплитудного уровня отфильтрованных частотных интенсивНосТеН В Вр 3ogg ВД и Bp Где Врр сигнал, пропорциональный ампли- туде оборотной частоты барабана; BIIgp сигналр пропорциональный ампли» туде оборотной частоты подвенцовой шестерни; В 6 - сигнал, пропорциональный амплитуде оборотной частоты двигателя; Вд- сигнал, пропорционнальный амплитуде частоты автоколебаний цапф барабана; Вл-сигнал, пропорциональный постоянной составляющей потребляемой мощности. В сумматорах 32-35 определяются сигналы с величинами b, b, b> и Ь соответственно равными разностям Ь06(bled ю b Ь063 bH bI — bo z Ьл; Ь = Ьо Ьп. Полученные значения поступают на вычислительный блок 36. Одновременно сигналы с шести вибродатчиков 11-16, установленных на шести опорных подшипниковых узлах, подаются на виброиэмерительную аппаратуру 18, с,нее— на блок 19 полосовых фильтров венцовой шестерни и блок 20 усилительносогласующих схем выделения общего уровня сигнала, пропорционального вибрациям. С блока 21 согласования и выделения амплитудного уровня зубча тых частот на вычислительный блок 36 поступает шесть сигналов постоянного тока а -à< пропорциональных амплитудному уровню зубцовых частот венцового колеса в данном опорном узле. А с блока 20 на вычислительный блок 36 поступает шесть сигналов постоянного тока а - а, прок порциональных постоянному уровню вибраций на соответствующих опорах. В вычислительном блоке 36 происходит определение ряда значений выражений технических оценок (1 А =(а,+ а1 ) (b, — Ь ) = А1@„. (аз+ az ) (b„— b+)@А 3 (3 ) Уo А =(а4+ a<) Ь А,„3 А =(а + а ) -Ъ 3 Аьуи1 А6 = (а + аб ) Ь « А о 1 А =(а, — а ) (b»+ Ь ) А овф Ag=, (а - ад) b2, AgpM А = (а -- а@) "b y « А А1о =(а - а ) (Ь + Ь ) А1 IAiJ а ai ми 9 1130403 которые передаются к блок 37 контроля, где происходит сравнение их текущего значения с заданными в блоке 38 задания, предварительно экспериментально определенными для каж- 5 дого типа барабанной мельницы предельно допустимыми значениями этих оценок Aim Каждая из полученных оценок несет информацию о текущем техни- 10 ческом состоянии определенного узла барабанной мельницы. Так, величина А характеризует состояние опорного 1 узла со стороны загрузки барабана, определяя как состояние в. подшипни- 15 ке по трению и аварийному затиранию так и состояние крепления опо9 ры поэлементно и на фундаменте, При необходимости данную оценку, как и другие, можно еще более конкретизи- 20 ровать по месту появления дефекта, Оценка А характеризует состояние 2 по тем же параметрам опорный узел скольжения со стороны разгрузки барабана. Оценки А — А определяют состояния соответственно в опорах подвенцовой шестерни и приводного двигателя, Величины оценок А — А отражают уровень осевых перекосов соответственно измельчительного барабана подвенцовой шестерни и приУ водного двигателя. А оценка А р определяет состояние передающих муфт. При превышении любой из измеренных оценок А1,выше допустимой A„ o„ выдается сигнал на блок 39 индикации с последующим автоматическим отключением барабанной мельницы. После остановки происходит выявление и ликвидация причины возникновения предава-.. рийной ситуации, Экономический эффект от применения предлагаемого способа для задач автоматической диагностики барабанных мельниц средней и большой мощности достигается за счет исключения потерь на возникающие аварии по затиранию в подшипниках, по вырыву муфт и срыву барабанных Мельниц с фундаментов, 1130403 Составитель В.Алекперов Текред Л.Коцюбняк Корректор А.Ильин Редактор Н.Лазаренко Тираж 615 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Заказ 9482/12 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4
