Доработка кпп приора: Тюнинг коробки передач. Спортивные ряды передач, главные пары – с чего начать тюнинг КПП

Содержание

Тюнинг коробки передач. Спортивные ряды передач, главные пары – с чего начать тюнинг КПП

Замена главной пары (вторичного вала и главной шестерни дифференциала) в пятиступенчатой коробке передач автомобилей семейства ВАЗ 2108-2112, с передаточным числом 3.7 или 3.94 на 4.13 (парой 4.13 комплектовались автомобили ВАЗ с двигателями 1100 и 5-ти ступенчатой коробкой передач), открывает возможность улучшить динамику вашего автомобиля не прибегая к форсировке двигателя.
В городе расход топлива практически не изменится, на трассе возможно увеличение на 3% при движении автомобиля с максимально скоростью, что несущественно. Заметно же улучшится динамика, двигателю автомобиля будет проще выходить на максимальные обороты, пятая ступень коробки передач станет более рабочей, появится ровный подхват на всех передачах, станет легче трогаться с места, преодолевать крутые горки, реже придется переключать передачи при спокойной езде или при движении автомобиля в городском потоке.

Это важно: ВАЗ-овские дилеры получили циркуляр, который фактически сообщает о начале отзыва всех автомобилей ВАЗ, оснащенных коробкой передач 2110 и выпущенных до мая 2000 года. Причина – конструктивный дефект коробки передач, точнее полый вторичный вал, внутри которого идет сквозной канал. Плоское стопорное кольцо вторичного вала может разрушить его пополам. Дефект опасен: обломки попадают в зацепление шестерен и коробка передач заклинивает. Бывали случаи, когда обломки вторичного вала пробивали насквозь картер коробки передач автомобиля (так называемая, «рука дружбы»).

ВАЗ изменил форму стопорного кольца, что, по словам представителей завода, сняло проблему коробки передач. Проблему принципиально не решили, так как только замена полого вторичного вала 2110 коробки передач на сплошной вал 21083 может дать 100% гарантию. Увы, вторичные валы коробок передач ВАЗ продолжают ломаться. Именно поэтому рекомендую при тюнинге переход в 10й коробке передач ВАЗ на ГП 4.13 со сплошным вторичным валом, еще раз подчеркиваю – именно со сплошным
. Пожалуйста, не пытайтесь сэкономить, в итоге замена картера коробки передач со всей начинкой выйдет существенно дороже.

Почему при тюнинге автомобилей мы используем главную пару 4.13 коробки передач ВАЗ?

  • Не требует установки более дорого сближенного тюнинг ряда коробки передач.
  • Реально улучшается разгонная динамика автомобиля, без увеличения расхода топлива.
  • Обороты при максимальной скорости вырастут всего на 500 об/мин.
  • Максимальная скорость автомобиля достигается именно с 4.13 на 5-й и она не в коем случае не будет меньше, чем на стандартной коробке передач, наоборот пара позволит выкрутить двигатель до максимальных оборотов и соответственно увеличить максимальную скорость автомобиля. Если будете повторять ошибки «умных механиков» от тюнинга ВАЗ, рекомендующих установку пары 4.3 в стандартный ряд коробки передач, то действительно максималку потеряете, в силу того, что обороты двигателя автомобиля на максимальной скорости увеличатся примерно на 1000 об/мин и двигатель будет попросту «закручиваться».
    Передачи в коробке передач укоротятся настолько, что трогаться можно будет на 2-й , а первая превратится в суперпонижающую, как на дизельном внедорожнике. Этот вариант тюнинга коробки передач ВАЗ особенно рекомендуется желающим использовать автомобиль в качестве трактора, для освоения целинных земель.
  • Крутящий момент на ведущих колесах, при переходе со стандартной главной пары коробки передач на пару 4.13 увеличивается на 12%

Почему мы не рекомендуем использовать пары выше 4.3 при тюнинге коробки передач ВАЗ?

Потому что крупномодульные пары 4.5 и выше по качеству изготовления зачастую значительно хуже, чем более легкие 4.3 – 4.13 – 3.9 – 3.7). На крупномодульных парах коробки передач ВАЗ (4.5 – 4.7 – 4.9 – 5.1 – 5.3) зачастую профиль зуба не получается нарезать как на стандартных, заводских главных парах, выпускающихся на основном заводском конвейере, какими и являются главные пары коробок передач ВАЗ 3.7 – 3.9 – 4.13. Пара 4.13, к примеру, ставилась на ВАЗ-овский автомобиль с двигателем 1100куб.см.

Часто так же, термообработка крупномодульных главных пар 4.5 и выше выполнена не в полном объеме. Соответственно, страдает и ресурс коробки передач, кроме того, такие главные передачи получаются более нагруженными и как следствие более шумные и менее надежные. Установка таких коротких пар в КПП, это скорее вынужденная мера под некоторые тюнинг и спортивные ряды, которые в силу длинной первой передачи не могут обеспечить нормальную динамику разгона автомобиля на главных парах 3.7 – 3.9 – 4.13.

Для достижения максимальной динамики разгона автомобиля на двигателях объемом 1,5л и выше рекомендуется установка 18 ряда коробки передач с главной парой 3.9. Благодаря этому, Вы получите 1-ю передачу длинную (на ней можно разогнаться до 60км/час, что очень удобно в городе, светофорных гонках и стрит рейсинге – это существенно экономит время на переключение и позволяет значительно опередить соперника) и 2, 3, 4, 5 передачи укороченные сближенные. Это позволит Вам держать двигатель автомобиля в оптимальном рабочем диапазоне («на полке» крутящего момента) и при переключении терять минимум количества оборотов за счет сближенных ступеней КПП. Хозяева переднеприводных автомобилей ВАЗ со стандартной коробкой передач наверняка знают, что, даже если сильно выкрутить двигатель на 1-й передаче, при переключении на 2-ю обороты сильно падают, снижается динамика разгона. Виной тому слишком большой разрыв между передаточными числами. 18 тюнинговый ряд КПП ВАЗ рассчитан таким образом, чтобы обеспечить уверенный, равномерный разгон на всех передачах (1-я и 2-я взяты в качестве примера, на самом деле сближены все ступени). Кроме того это существенно снижает нагрузку на синхронизаторы (а это одни из самых нагруженных, «капризных» и хрупких элементов коробки передач ) и значительно увеличивается ресурс коробки передач в целом. Достаточно вспомнить «болезнь» КПП 2108-2112: возникновение проблемы со включением 2-й передачи, так как передаточные числа 1 и 2 передач очень удалены друг от друга, и большая нагрузка на синхронизатор 2-й передачи в первую очередь «убивает» именно его. Когда изношенный синхронизатор не справляется со своими обязанностями, он издает неприятный шум и при переключении передач слышен характерный щелчок, а иногда и треск, т.к. кольцо не может уравнять скорости вала и шестерни. При эксплуатации коробки передач с такими синхронизаторами шестерни коробки передач очень быстро выходят из строя, так как зубья и шлицы выкрашиваются. Коробка передач начинает «выть» и впоследствии заклинивает. Кстати, в «КарТюнинг» мы можем комплектовать наши спортивные и тюнинговые ряды в коробку передач шестернями под усиленные синхронизаторы.

18-й тюнинг ряд коробки передач хорош еще и тем, что позволяет сэкономить на главной паре, т.к. ГП, с которой он ставится, имеет передаточное число 3.9 – заводской стандарт для большинства коробок передач.

Помимо универсального городского 18 ряда мы можем предложить довольно много вариантов сближенных (полностью или частично сближенных) тюнинг и спорт рядов в коробку передач, позволяющие выбрать конкретную комплектацию коробки передач под конкретную манеру езды водителя и условия эксплуатации автомобиля. Тюнинг коробки передач ВАЗ – процесс творческий.

Страница не найдена

05 Сентября 2012 | Просмотров: 255580

Вы можете перейти на главную страницу сайта или воспользоваться простым или визуальным поиском.

Возможно Вас заинтересует

Пред След Страница:

Метод вакуумной инфузии

Просмотров:13815

Формование с применением вакуума используют, когда нужно создать механическое давление на изделие во время цикла…

Бортовой компьютер ВАЗ 2110

Просмотров:55678

Т.к. ВАЗ 2110 с завода не комплектуются бортовыми компьютерами, то вопрос покупки бортового компьютера для…

Перетяжка потолка ВАЗ 2110

Просмотров:79388

Без сомнений красиво оформленный потолок играет большую роль комфорта в салоне автомобиля. Правильно подобранный цвет потолка…

Подогрев ковриков автомобиля

Просмотров:12407

Во все времена года кроме лета на ковриках автомобиля собирается влага. У передних пассажиров коврики…

Перетяжка панели автомобиля

Просмотров:59011

Самый сложный этап перетяжки салона авто. Его следует оставить на последний момент, чтобы сначала «набить»…

Лучший русский автомобиль

Просмотров:14341

Затронем самые выделяющиеся моменты, особенности разных моделей русских автомобилей. Какие русские машины не пользовались популярностью,…

Рамка для навигатора своими руками

Просмотров:12858

Рынок электронных авто аксессуаров быстро расширяется, поэтому вопрос, как самостоятельно установить монитор в панель автомобиля все…

  • Памятка водителю (автоправо, алкоголь, спорные сит…

    Садясь за руль автомобиля Вы становитесь участником дорожного движения, а это значит у Вас появляются дополнительные права и обязанности. Памятка водителя поможет не растеряться в различных ситуациях, которые могут случится…

  • Установка электростеклоподъемников на ваз 2110

    Говорить о преиуществах электростеклоподъемников (дальше ЭСП) перед ручными думаю не стоит, разница очевидна. Если Ваш автомобиль с завода не укомплектован ЭСП, то Вы можете установить ЭСП в ВАЗ 2110 самостоятельно.…



Популярные ключевые слова (ТОП 50)


 

Интересный сайт? Поделись с друзьями

Тюнинг кпп ВАЗ 2110 — фото, описание на VAZ-2110.net

Тюнинг кпп ваз 2110.

Если говорить о ВАЗ десятого семейства…

Тюнинг кпп ваз 2110.

vaz-2110-tuning_02.jpg Аэрография на Ваз 2110 650×440 2/20.

ручка кпп ваз 2110.

Лёгкий тюнинг КПП Ваз 2110.

Фото коробки передач ВАЗ 2110, novosel.ru.

Объявление о продаже 18 ряд кпп ВАЗ 2108 в Краснодарском крае на Avito.

Оба варианта тюнинга тоннеля смотрится намного приятнее штатной низенькой &…

тюнинг кпп ваз 2110.

ручка кпп ваз 2110.

КПП практически в сборе.

Короткоходная кулиса Спорт на ВАЗ (Lada, Лада) Приора Купе.

Спортивный ряд КПП и главная пара.

КПП — крепление.

Доработка кпп ваз 2110.

Спортивные ряды передачи Ваз Лада

Спортивные ряды КПП

Главная пара подбирается под определенный ряд,а ряд в свою очередь выбирается под главную пару.Ряд кпп несет ответственность за скоростной режим на передачах, то есть с какой скоростью вы сможете передвигаться на выбранной вами передаче.
Тюнинг КПП,с чего начать?
Тюнинг,доработка Кпп это всегда интересно,тут как и в двигателе есть над чем подумать и с чем поработать,начать стоит с замены передаточное отношение главной пары на более высокое,далее подобрать себе спортивный ряд Кпп. Большинство выбирают свой ряд кпп, обращая внимания на разные передаточные соотношения передач и хотят разумеется собрать свой ряд под свой проект,при этом задействуют шестеренки от иных рядов Кпп. Это не совсем правильно и к положительному результату это не приведет. Так как первичный вал литой и подходит только под свой спортивный ряд. 
Выбираем глав.пар+спорт.ряд?
О том как выбрать спортивный ряд у нас есть статья про тюнинг Кпп,где есть подробное описание спортивных рядов Кпп Ваз.Если описать коротко то мы сделали комплектацию глав.пар+спорт.
ряд:4.1+8 ряд (город, манервинность и уменьшенные провалы с 1-2 и 3-4 п-и) 4.1 (4.3)+12 ряд (город и погонять, убраны все провалы) 4.1 (4.3)+06 ряд (город+уверенно погонять на длинные дистанции) 4.3 (4.5) +5 ряд+ 5-я от 102 или 103 ряда (универсальная комплектация с динамикой разгона, длинными передачами+хорошая максимальная скорость) 3.9+11 ряд (город+погонять) 4.13+18 ряд (город+погонять на короткие дистанции) 4.1+07 ряд (драг+город)


Сравнение товаров (0)

Сортировка:

По умолчаниюНазвание (А — Я)Название (Я — А)Цена (низкая > высокая)Цена (высокая > низкая)Рейтинг (начиная с высокого)Рейтинг (начиная с низкого)Модель (А — Я)Модель (Я — А)

Показать:

15255075100


Показано с 1 по 7 из 7 (всего 1 страниц)

«Лада Спорт Сервис» г. Тольятти

Вот уже более 25 лет мы успешно занимаемся продажей тюнинговых и спортивных комплектующих для автомобилей ОАО «АвтоВАЗ», а так же подготовкой автомобилей к различным соревнованиям. Лада Спорт Сервис — самое первое тюнинг (спорт) ателье в Тольятти, наша компания основана в далёком 1995 году и до сих пор является лидером среди тюнинг и спорт автосервисов и ателье. За уже более чем 25 лет существования мы подготовили свыше 1000 автомобилей к различным видам соревнований, большинство из которых стали победителями в своих видах спорта. Мы предлагаем не только глубокий тюнинг Вашего автомобиля, но и частичные доработки ГБЦ, блока цилиндров, КПП или подвески. Наши высококлассные специалисты делают свою работу не только в короткие сроки, но и очень качественно и профессионально. Наш сайт ежедневно дополняется и модернизируется, присоединяйтесь к нам.

Все контактные данные Вы можете найти в главном меню вкладка Контакты.

Лада Спорт Сервис

Россия, Самарская область, , город Тольятти
Улица Офицерская, д. 16А — офис-магазин
время работы: пн-пт 9:00-17:00

+7 (8482) 36-41-36

http://www.lss63.ru
Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

 

На сегодняшний день наша компания предоставляет следующие услуги

 

Доставка в любой регион России и ближнего зарубежья!
Благодарим Вас за выбор нашего интернет-магазина!


Что такое тюнинг?

 

Тюнинг автомобиля — разносторонняя доработка, настройка автомобиля в соответствии с идивидуальными желаниями владельца или условиями эксплуатации. Тюнингуются обычно автомобили с пробегом, т.к. тюнинг нового автомобиля с заводской гарантией приводит к аннуляции гарантии. Большинство заводов производителей имеют заводские тюнинг компании, которые дорабатывают, изменяют технические характеристики, внешний и внутренний дизайн автомобиля, при этом сохраняя гарантийные обязательства завода производителя. Работы производят по индивидуальным заказам клиентов и мелко серийными партиями. Как правило тюнингом называют изменение, доработка, настройка технических характеристик автомобиля, изменение интерьера и экстерьера называют стайлингом или автомобильным дизайном.


Всю предлагаемую продукцию можно приобрести в нашем офисе по адресу Офицерская 16А офис-магазин, ООО «Лада Спорт Сервис». Наши магазины находятся не только в Автозаводском районе но и в Центральном, на Обводном шоссе рынок «Ставр» 3-ий ангар, 41 место, телефон: +7 927-613-69-30

Наши реквизиты:
Общество с ограниченной ответственностью «Лада Спорт Сервис»
445031, Россия, Самарская обл., г.Тольятти, ул. Автостроителей 7-92
ОГРН: 1056320222045
КПП: 632101001
ИНН: 6321156184

Коробки передач — подробнее рассмотрим работу коробки передач

Как работают коробки передач? Объяснение коробки передач.   Помимо самого двигателя, самой сложной частью любого транспортного средства является коробка передач. Чтобы не застрять на свежем воздухе, за много миль от любого места и изо всех сил пытаясь включить передачу, важно позаботиться об этой важной части вашего автомобиля. Также стоит знать некоторые общие ранние индикаторы того, что могут возникнуть проблемы, чтобы вы могли выявить любые проблемы до того, как они вас поймают, и превратить эту замечательную поездку в незабываемую по всем неправильным причинам.

Коробка передач, или трансмиссия, как ее еще называют, находится между коленчатым валом и приводным валом, и ее работа заключается в использовании мощности, создаваемой вашим двигателем, которая вращает коленчатый вал (вращающуюся ось, получающую мощность от двигателя) и преобразует это в полезный импульс приводному валу, проходящему под транспортным средством, которое в конечном итоге приводит в движение колеса. Это объяснение легко записать, но на самом деле его гораздо труднее воплотить в жизнь.

Но, скажем так, благодаря изобретательности двух французов, Луи-Рене Панара и Эмиля Левассора, которые разработали первую стандартную трансмиссию, взяв механизм, который они видели в токарных станках, они сделали несколько адаптаций и произвели первую трехступенчатую трансмиссию, которая они продемонстрировали еще в 1894 году.Известные как «аварийные коробки» из-за сложности переключения передач, они представляют собой базовую конструкцию, которая до сих пор является отправной точкой для большинства современных механических коробок передач, однако это более современная коробка передач Synchromesh, изобретенная Эрлом Томпсоном для General Motors около 38 лет назад. позже, в 1922 году, которые широко используются до сих пор.

Описание редукторов

Французы Луи-Рене Панар и Эмиль Левассор разработали первую стандартную коробку передач

.

Эта самая популярная конструкция состоит из трех валов: входного вала; промежуточный вал и главный вал, которые вращаются в подшипниках в корпусе коробки передач.
Двигатель приводит в движение первичный вал, который, в свою очередь, приводит в движение промежуточный вал.

Этот промежуточный вал вращает шестерни на главном валу, и они свободно вращаются до тех пор, пока они не будут заблокированы с помощью синхронизатора, который соединен шлицами с валом. Это устройство синхронизатора, которым фактически управляет водитель, через шток селектора с вилкой на нем, который перемещает синхронизатор для включения передачи. Стопорное кольцо, задерживающее устройство в синхронизаторе, является последним усовершенствованием современной коробки передач, которое предотвращает зацепление шестерни до тех пор, пока скорости валов не будут синхронизированы.

 

Избегайте вредных привычек, которые могут повлиять на вашу коробку передач

Как вы можете себе представить, для такого сложного устройства с таким количеством замысловатых движущихся частей жизненно важно хорошо заботиться о нем, и есть несколько простых «вредных привычек», которых вы можете избегать во время вождения, чтобы предотвратить ненужный износ:

  • Не кладите руку на рычаг переключения передач во время движения
  • Никогда не используйте сцепление, чтобы удержаться на склоне
  • Не резко нажимайте на педаль газа на высокой передаче, но двигатель работает на низких оборотах.
  • Не кладите ногу на педаль сцепления при движении
  • Не оставляйте машину на передаче, когда сидите в пробке, включите нейтраль и уберите ногу со сцепления.

Помимо всего вышеперечисленного, регулярная проверка уровня трансмиссионной жидкости и соблюдение рекомендованных интервалов обслуживания значительно продлит срок службы вашей трансмиссии и предотвратит преждевременный отказ.

Повреждение зубьев коробки передач

На что обратить внимание

Но, к сожалению, как и все механические вещи, трансмиссии со временем изнашиваются и в конечном итоге перестают работать так, как они были задуманы.Ваш автомобиль, как правило, начинает демонстрировать некоторые общие предупреждающие знаки, на которые вам следует обратить внимание, которые сообщают вам, что ваша трансмиссия сталкивается с проблемами или находится в непосредственной опасности отказа. Наиболее распространенными среди них являются:;

Шум: Знакомство с «звуком» вашего автомобиля и замечание любых изменений — лучший способ вовремя заметить, что что-то идет не так, и проверить его как можно раньше. Диапазон звуков, которые могут указывать на различные проблемы, разнообразен и может проявляться по-разному:

Скулящий и вой — на этот раз не шум детей сзади, а скулящий, который появляется внезапно и становится громким короткий период времени может указывать на повреждение зубьев шестерни или подшипников ступицы.Скорее всего причина в нехватке смазки.

Урчание и рычание – низкочастотное рычание или урчание при работающем двигателе обычно является признаком неисправности подшипника качения.

Жужжание или шипение — Если рычаг переключения передач издает шипящий или жужжащий звук во время движения автомобиля, особенно при ускорении или замедлении, проверьте ослабленный болт или изношенные резиновые изоляторы в рычаге переключения передач, что является наиболее распространенной причиной.Это также может быть связано с погнутыми вилками переключения, тягами/блокировками переключения или чрезмерным движением втулок синхронизатора. Во всех этих случаях шум возникает из-за того, что вилки переключения передач соприкасаются с канавками на втулках, а затем шипящий звук распространяется вверх по рычагу переключения передач.

Стук и лязг – Если это ощущается в рычаге переключения передач и слышно под автомобилем, это обычно указывает на сломанную или ослабленную опору двигателя. Обычно звук самый громкий, когда вы отпускаете сцепление.

Скрежет и проблемы с переключением передач – Этот «хрустящий» звук обычно не только слышен, но и ощущается.Обычно это является прямым результатом сбоя в процессе синхронизатора, вызванного либо проблемой в трансмиссии, либо отдельной проблемой сцепления.

Отсутствие ответа — Если есть задержка ответа на ваш ввод или есть задержка в ускорении после нажатия на акселератор, пора проверить это.

 

Помпаж коробки передач – аномальные рывковые движения при переключении передач.

Перегрев — Если ваш индикатор температуры показывает высокую температуру, но ваш радиатор в порядке, это может быть вызвано засорением линий охладителя жидкости, падением уровня жидкости или неисправностью масляного насоса.

Утечки жидкости — большинство отказов коробки передач связано с утечками жидкости, поэтому следите за ними. Если вы считаете, что у вас может быть утечка, попробуйте подложить картон под автомобиль, когда вы припарковываете его ночью, а затем утром поищите доказательства утечки и местонахождение, откуда она, по-видимому, исходит.

Запах гари – Ни в коем случае не то, что вы хотели бы ассоциировать с вашим автомобилем, но обычно вызывается перегревом трансмиссионной жидкости. Не паникуйте, просто проверьте его как можно скорее.

Прежде всего, обеспечение того, чтобы вы регулярно заливали жидкости для сцепления и трансмиссии, а также регулярно сливали и заменяли их жидкостью надлежащего класса в соответствии с интервалами обслуживания для вашего автомобиля, сделает больше, чем что-либо, для обеспечения бесперебойной работы ваших передач, и вы будете наслаждаться безаварийной ездой. .

Euro4x4parts поставляет широкий ассортимент запчастей для коробок передач

Если у вас начинаются проблемы с коробкой передач/трансмиссией, оцените свой автомобиль или оцените его самостоятельно, если у вас есть какие-то знания в области механики, вам не всегда нужно платить целое состояние производителю, чтобы вернуть свой автомобиль на дорогу.Благодаря компаниям с хорошими ценами, таким как euro4x4parts, вы можете приобрести качественные детали и комплекты, которые помогут вам разобраться, не затрачивая при этом руку и ногу. Делая это, вы можете сэкономить сотни евро. Euro4x4parts — это универсальный магазин, в котором вы можете приобрести все механические детали для полноприводных автомобилей, будь то монтажные комплекты коробки передач, комплекты для капитального ремонта, фильтры, подшипники или валы — список бесконечен.

Диагностируя проблему с коробкой передач, вы можете сэкономить много денег, купив правильные детали

Онлайн-каталог Euro4X4parts включает более 90 000 наименований деталей, а их база данных запчастей и аксессуаров охватывает 99% всех автомобилей 4×4 на дорогах, что делает компанию уникальным поставщиком по всей Европе.

Детали Euro4x4 проконсультируют вас, чтобы убедиться, что вы выбрали правильную деталь для работы

Онлайн-каталог позволяет легко выбрать именно ту деталь, которая вам нужна, избегая ненужных возвратов. Euro4x4parts также поставляет детали для более старых автомобилей, таких как BJ40, где только для этого культового автомобиля имеется более 400 деталей. Или, если вы водите Nissan Patrol, у них есть около 570 запчастей для этого популярного фургона. Так что, будь то Toyota Land Cruiser 80, 100 или Mitsubishi Pajero euro4x4parts, у вас есть все необходимое.

Штаб-квартира Euro4x4parts во Франции

70 000 ДЕТАЛЕЙ,
ЗАПАСНЫЕ ЧАСТИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
ДЛЯ 99% 4WD АВТОМОБИЛЕЙ В ЕВРОПЕ

Euro4x4parts поставляет запчасти для 99% полноприводных автомобилей на дорогах

Raised on the Road — молодая французская семья путешествует по миру
Euro4x4Parts 4×4 Аксессуары
Кемпинговая сумка для запасного колеса от Euro4x4Parts – Сумка, установленная на запасном колесе

Диагностика неисправностей коробки передач на основе иерархической мгновенной энтропии рассеяния плотности энергии и динамического искажения времени

Энтропия (Базель).2019 июнь; 21(6): 593.

Факультет машиностроения, Северо-Китайский университет электроэнергетики, Баодин 071000, Китай

Поступила в редакцию 10 мая 2019 г.; Принято 13 июня 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).Эта статья цитировалась в других статьях в PMC. .

Abstract

Точная диагностика неисправностей редукторов имеет большое значение для обеспечения безопасной и эффективной работы вращающихся механизмов.В этой статье разрабатывается новый метод диагностики неисправностей, основанный на иерархической мгновенной энтропии дисперсии плотности энергии (HIEDDE) и динамической деформации времени (DTW). В частности, анализ мгновенной плотности энергии (IED), основанный на разложении по сингулярному спектру (SSD) и преобразовании Гильберта (HT), сначала применяется к сигналу вибрации редуктора для получения сигнала IED, который предназначен для усиления характеристик неисправности сигнала. . Затем алгоритм иерархической энтропии дисперсии (HDE), разработанный в этой статье, используется для количественной оценки сложности сигнала IED для получения HIEDDE в качестве признаков неисправности.Наконец, алгоритм DTW используется для автоматического распознавания типов неисправностей. Справедливость двух частей, составляющих алгоритм HIEDDE, т. е. анализа IED для улучшения характеристик неисправностей и алгоритма HDE для количественной оценки информации о сигналах, проверяется численно. Предлагаемый метод точно распознает характер ошибок экспериментальных данных коробки передач и демонстрирует преимущества по сравнению с существующими методами, такими как многомасштабная дисперсионная энтропия (MDE) и уточненный составной MDE (RCMDE).

Ключевые слова: иерархическая мгновенная энтропия плотности энергии, динамическое изменение времени, иерархическая энтропия дисперсии, коробка передач, диагностика неисправностей

1. Введение промышленного оборудования, такого как ветряные турбины, авиационные двигатели и автомобили [1,2]. Его выход из строя является одним из основных факторов, приводящих к остановке механизмов [3]. Таким образом, точная диагностика неисправности коробки передач крайне необходима.

Как правило, существующие подходы к диагностике неисправностей можно разделить на два типа: основанные на моделях и управляемые данными [4,5,6]. Подход, основанный на модели, зависит от обширной системы и динамических знаний [6]. Подход, основанный на данных, не требует исчерпывающей системы или динамических знаний, что в большей степени способствует интеллектуальной диагностике. Таким образом, подходы на основе данных широко используются в диагностике неисправностей коробки передач. Извлечение признаков неисправностей является ключевым этапом в методах диагностики неисправностей на основе данных и оказывает решающее влияние на конечный результат [7].В настоящее время алгоритмы выделения типовых и зрелых разломов в основном основаны на обработке таких измерений, как сигнал вибрации [8,9,10], акустический сигнал [11,12] и температура [13]. Среди них исследователи отдают предпочтение алгоритмам, основанным на обработке вибрационных сигналов, из-за их очевидных преимуществ, таких как низкая стоимость датчика, простой процесс регистрации сигнала и богатая информация, содержащаяся в сигнале. Сложный путь передачи и рабочая среда способствуют нелинейно-нестационарному свойству и шумовым помехам сигнала вибрации редуктора, что увеличивает сложность выделения признаков неисправности [14].Следовательно, традиционных алгоритмов анализа спектров, основанных на преобразовании Фурье (ПФ), недостаточно для точной диагностики неисправностей редуктора [15].

Основываясь на превосходных характеристиках частотно-временного анализа (TFA) при обработке нелинейно-нестационарных сигналов, ученые за последние два десятилетия посвятили себя разработке и внедрению различных алгоритмов TFA для выделения признаков неисправности редуктора. Классические алгоритмы TFA включают вейвлет-преобразование (WT) [16], оконный FT (WFT) [17] и преобразование Гильберта-Хуанга (HHT) [18].Среди них WT и WFT менее адаптивны. HHT используется путем интеграции метода адаптивного разделения сигналов, называемого разложением по эмпирическим модам (EMD) и преобразованием Гильберта (HT). По сравнению с WT и WFT, HHT более адаптивен. Кроме того, результаты TFA WT и WFT содержат информацию о компонентах помех, в то время как HHT может исключить нежелательную информацию о сигналах помех с помощью EMD. Разделение сигналов EMD основано на подгонке локальных экстремумов, что вызывает модальное наложение спектров при работе с сигналами с аномальными событиями, такими как шум, разрывы и удары [19].Чтобы улучшить устойчивость EMD к аномальным событиям, были изобретены некоторые формы EMD с шумом, такие как ансамблевая EMD (EEMD) [20] и дополнительная EEMD (CEEMD) [21], которые имеют преимущества перед EMD при выделении признаков неисправности. коробки передач. Однако то, как адаптивно выбирать добавленный шум, является препятствием для EEMD и CEEMD. Некоторые ученые пытались модифицировать EMD, улучшая аппроксимацию крайних точек [22]. Более того, некоторые варианты EMD, такие как внутренняя временная декомпозиция (ITD) [23], локальная средняя декомпозиция (LMD) [24] и локальная колебательно-характеристическая декомпозиция (LOD) [25], были разработаны путем модификации определения огибающей .Однако они также чувствительны к шуму. Некоторые недавно предложенные алгоритмы разложения сигнала, такие как разложение по вариационным модам (VMD) [26], анализ морфологических компонентов (MCA) [27] и эмпирическое вейвлет-преобразование (EWT) [28], делают большой прорыв в преодолении проблемы модального наложения спектров по сравнению с алгоритмы разделения сигналов, основанные на подборе экстремальных точек. Однако они очень чувствительны к выбору параметров и не подходят для онлайн-анализа. Принимая во внимание ограничения предыдущих алгоритмов разделения сигналов, Bonizzi [29] предложил метод разложения по сингулярному спектру (SSD).SSD наследует функцию разделения сигналов сингулярного спектрального анализа (SSA) и не требует ручного выбора параметров. Эффективность SSD для обработки сигналов вибрации вращающихся механизмов и его превосходство над предыдущими алгоритмами разделения сигналов были полностью продемонстрированы в предыдущих исследованиях [30,31,32]. Таким образом, в данной работе сочетается ГТ для ТЖК. Во введении принципа HHT Хуан также дает понятие мгновенной плотности энергии (IED). Анализ IED показал его преимущества для улучшения характеристик ударных разломов [33,34].В этой статье предлагается новый метод анализа IED, основанный на SSD и HT, для подавления бесполезных помех.

С концепцией слияния данных мы ожидаем использования надежных методов извлечения признаков неисправности и интеллектуальных классификаторов для реализации интеллектуальной диагностики [35]. Сложность и регулярность отражают характерную информацию сигнала [36]. Дисперсионная энтропия (DE) — это новый предложенный индикатор энтропии, который способен количественно оценить сложность и регулярность сигнала [37].Он вносит некоторые улучшения по сравнению с предыдущими показателями энтропии, такими как приблизительная энтропия (AE) и энтропия перестановки (PE). Например, DE более эффективен, чем AE. Информация относится к амплитуде сигнала, который учитывается в DE, а PE отбрасывается [38]. Для лучшего измерения информации о комплексном вибрационном сигнале вращающихся механизмов предложены некоторые многомасштабные формы ДЭ, такие как многомасштабная ДЭ (МДЭ) [39] и уточненная составная МДЭ (ОКМДЭ) [40], путем введения крупнозернистые и рафинированные композиционные крупнозернистые процедуры.Однако крупнозернистые и усовершенствованные составные крупнозернистые процедуры могут обнаруживать только низкочастотную информацию сигнала [41]. Таким образом, иерархическая декомпозиция [42,43], которая может исследовать низкочастотную и высокочастотную информацию сигнала, объединяется с DE для разработки алгоритма иерархического DE (HDE). Основываясь на достоинствах анализа IED и HDE, мы предложили иерархическую мгновенную энтропию дисперсии плотности энергии (HIEDDE), чтобы лучше извлекать информацию о неисправности коробки передач.После процесса выделения характеристик разлома для распознавания паттернов разломов используется динамическая деформация времени (DTW) [44]. По сравнению с другими классификаторами для формирования шаблонного сигнала требуется меньше выборок [45]. Сформулирована новая система диагностики неисправностей коробки передач на основе HIEDDE и DTW. Наконец, предлагаемая схема диагностики неисправностей проверяется на экспериментальных данных коробки передач.

Схема этого исследования выглядит следующим образом. В разделе 2 представлены детали предлагаемого алгоритма HIEDDE, основанного на анализе IED, и алгоритма HDE.Раздел 3 кратко иллюстрирует принцип DTW. В разделе 4 представлены конкретные процедуры реализации предлагаемого метода. В разделе 5 представлен экспериментальный тест. Наконец, несколько выводов представлены в Разделе 6.

2. Иерархическая Мгновенная Плотность Энергии Дисперсия Энтропия

2.1. IED Analysis

Вибрационный сигнал редуктора обычно сопровождается помехами. Таким образом, новый алгоритм анализа IED, основанный на SSD и HT, представлен для усиления сигнала признака неисправности.Алгоритм SSD используется для получения компонентов полезного потенциала. Затем используется HT для обнаружения частотно-временной информации этих компонентов. Наконец, сигнал IED получается на основе частотно-временной информации.

2.1.1. SSD

SSD — это алгоритм обработки сигналов без параметров, который может адаптивно достигать разложения сигнала. Он считается модифицированной версией SSA, поскольку обеспечивает адаптивный выбор размера встраивания и может выполнять автоматическую группировку основных компонентов.Декомпозиция SSD для составного сигнала в основном состоит из четырех шагов, как показано ниже [29].

Шаг 1 : Построение матрицы траектории.

для дискретных сигналов A ( N ), что имеет N образцов, A ( N ) = ( N 1 , A 2 , …, A N ), форма его траекторной матрицы A тесно связана с выбором размера вложения.Если размер вложения выбран как k , A будет к × N -матрица , чьи k -th-ряд до A K = ( A k ,…, a N , a 1 ,…, a k −1 ). То есть A=[a1T,a2T,⋯,aKT]T.

Как разумно выбрать размер встраивания — сложная проблема исходного алгоритма SSA.В SSD применяются следующие процедуры для адаптивного выбора размера встраивания на итерации j :

Сначала выполняется расчет спектральной плотности мощности (PSD) остаточного компонента ) для итерации j , vj(n)=a(n)−∑k=1j−1vk(n) ( v 0 ( n )= a ( n )). Затем выделяется частота f max на максимальном пике расчетной PSD.Когда j = 1, остаточная составляющая рассматривается как элемент тренда, если f max меньше заданного порога, установленного в этой статье как 0,01 F с , ( F с представляет частоту дискретизации). В этой ситуации K рекомендуется как N /3. В других ситуациях K = 1,2 F s / f max .

Шаг 2 : Сингулярное разложение.

Матрица траекторий A , полученная на этапе 1 , содержит смешанную информацию обо всех составляющих сигналах. Таким образом, он подвергается сингулярнозначному разложению (СВД):

A=PΣQT=[p1,p2,⋯,pK][α100000α2000⋮⋮⋱⋮0000αK0][q1Tq2T⋮qNT]=α1p1q1T+α2p2q2T+⋯+αKpKqKT=A1 +A2+⋯+AK

(1)

Где P R K × K , Σ R K × N , Q R N × N .{ α 1 , α 2 , …, α K } — это сингулярные значения в матрице Σ , A I = α i p i q i представляет собой i -ю главную компоненту A .

Этап 3 : Группировка основных элементов и реконструкция j -го ССК.

Как показано в уравнении (1), матрица траектории делится на K основных компонентов с помощью SVD. Ключом к успешному выделению потенциального компонента является разумная сортировка этих основных компонентов. В SSD используется следующий критерий выбора главных компонент для восстановления ССК на j -й итерации:

Для j = 1, если элемент тренда идентифицирован, только первый главный компонент A 1 выбирается в качестве полезной главной компоненты, и первый SSC извлекается путем диагонального усреднения A 1 .

Иначе, и для J > 1, подмножество Основные компоненты, чьи левые собственные векторы показывают основную частоту в [ F MAX F 1 , F MAX + F 1 ] (где F 1 оценивается посредством гауссовой интерполяции PSD V J ( N )), объединены с образованием матрицы A ‘. j -й SSC извлекается путем диагонального усреднения A ’.

Шаг 4 : Установка критерия остановки.

После извлечения компонента SSC ​​ j ( n ) соответствующий остаточный сигнал может быть получен как:

vj+1(n)=vj(n)-SSCj(n).

(2)

v j + 1 ( n ) затем используется в качестве входных данных для извлечения ( j + .1)-го SSC Если результат приведенного ниже уравнения меньше заданного порога, итерация будет остановлена.

NMSEj=∑i=1N(vj+1(i))2∑i=1N(x(i))2.

(3)

2.1.2. Расчет IED на основе SSD и HT

После процесса SSD составной сигнал a ( t ) может быть выражен как сумма k SSC и остаточного сигнала:

a(t)=∑j =1kSSCj(t)+r(t),

(4)

где SSC j ( t ) представляет собой j -й SSC и r ( t ) является остаточным сигналом.

Предыдущие исследования показали, что SSD обладает большей способностью к разложению сигнала, чем традиционные подходы к разложению сигнала, такие как EMD и EEMD [30,31,32]. Таким образом, он интегрирован с HT для проведения частотно-временного анализа. HT используется для оценки мгновенной амплитуды (IA) и мгновенной частоты (IF) разложенных компонентов согласно ссылке [18]. Спектрограмму SSD-HT можно построить, объединив IA и IF всех SSC:

SSD-HT(ω,t)=∑j=1kaj(t)exp(i∫ωj(t)).

(5)

где K представляет количество разложенных компонентов, A J ( T ) и Ω J ( T ) — это Ia и If из J — м ССК соответственно.

Далее мы можем получить сигнал IED в следующем виде:

IED(t)=∫ω|SSD−HT(ω,t)|2dω.

(6)

Устройство IED отражает колебания энергии сигнала во времени.

Однако некоторые из разложенных SSC могут быть ложными компонентами, поскольку вибросигнал редуктора содержит помехи. В данной работе для отбрасывания ложных составляющих используется коэффициент корреляции между исходным сигналом a ( t ) и разложенными компонентами [46]:

ρj=COV(SSCj(t),a(t)) σjσa,

(7)

где ρ j — коэффициент корреляции между a ( T ) и j -th SSC, COV ( SSC J ( T ), ( T )) представляет ковариацию SSC J ( T ) и A ( T ), а Σ J и Σ a соответственно соответствуют дисперсии SSC j ( t ) и a ( t ).

Если ρ J больше, чем порог (который установлен на 0,2 Макс. ( ρ 1 , ρ 1 , …, ρ K ) в этой статье), SSC j ( t ) рассматривается как реальный компонент. Все реальные SSC выбираются для расчета IED для улучшения сигнатур неисправности коробки передач.

2.1.3. Проверка возможности расширения характеристик неисправности IED

Смешанный сигнал, содержащий распределенный сигнал неисправности шестерни и шума, тестируется для проверки возможности улучшения характеристик неисправности анализа IED.Сигнал неисправности формируется по модели, предложенной Макфадденом [47]:

sfaulty(t)=∑k=0LSk(1+ak(t))cos(2πkzfrt+φk+bk(t)),

(8 )

Куда л — гармонические заказы, S K и Φ и φ φ — амплитуда и фаза к -этам мергонки, Z и F r представляет собой число зубьев и частоту вращения неисправной шестерни, a k ( t ) представляет собой элемент амплитудной модуляции (AM) и ) представляет элемент фазовой модуляции (ФМ).Элементы AM и PM соответственно определяются как:

ak(t)=∑m=0MAkmcos(2πmfrt+akm),

(9)

bk(t)=∑m=0MBkmcos(2πmfrt+bkm) ,

(10)

Куда м — это общие заказы км -ознобных гармоники, a км км и A и A км обозначают амплитуду и фазу AM, B км и b км представляют собой амплитуду и фазу ТЧ.

Другие параметры принимаются как: L = 3, S S = 1, Z = 30, F R = 12 Гц, Φ K = 0, A км = 0,9, = 0,9, a км = 0, B км = 0,1, B км = 0. частота зацепления может быть рассчитана как: f m = 30 × 12 = 360 Гц.Чтобы удовлетворить требования анализа частотного спектра и теоремы выборки, частота выборки должна быть как минимум в 3–5 раз больше частоты построения сетки; мы выбираем частоту дискретизации 10 000 Гц. Кроме того, длина сигнала установлена ​​равной 8192 для обеспечения более высокой точности преобразования Фурье.

Уравнение (11) принято для получения шума:

где N — длина сигнала.

При добавлении шума к сигналу неисправности тестируемый сигнал получается, как показано на рис.Из его амплитудного спектра, представленного на b, можно выделить три гармоники частоты зацепления. Однако определить частоту вращения неисправной шестерни невозможно.

( a ) Тестируемый сигнал и ( b ) его амплитудный спектр.

Затем для разложения тестируемого сигнала используется SSD, и получаются четыре SSC, как показано на рис. показывает коэффициенты корреляции между тестируемым сигналом и SSC. На основе критерия выбора, представленного в разделе 2.2, SSC 2 определяется как ложный сигнал. Другие три SSC демодулируются с помощью HT для получения спектрограммы SSD-HT, как показано на b. Очевидно, что спектрограмма SSD-HT отражает три частотные составляющие: f m , 2 f m и 3 f 2 m 3 9019 c представляет сигнал IED. Из его амплитудного спектра, показанного на d, четко выделяются первая и вторая гармоники частоты вращения неисправной шестерни и частота зацепления.Подтверждена возможность расширения характеристик неисправности анализа IED.

Анализ IED тестируемого сигнала на основе SSD и HT: ( a ) результаты разложения SSD; ( b ) спектрограмма SSD-HT; ( c ) сигнал IED; и ( d ) его амплитудный спектр.

Таблица 1

Коэффициенты корреляции между тестируемым сигналом и его сингулярными компонентами спектра.

5
Комплектующие SSC 1 SSC 2 SSC 3 SSC 4
Коэффициенты корреляции 0.4913 0,1084 0,7381 0,5731

Для сравнения, смоделированный сигнал неисправности редуктора также анализируется с помощью анализа IED на основе EMD и HT. Двенадцать компонентов генерируются после процесса EMD, как показано на рис. Из осциллограмм этих компонентов видно, что компоненты с пятого по двенадцатый являются ложными компонентами. Таким образом, первые четыре компонента, извлеченные с помощью EMD, анализируются с помощью HT для получения спектрограммы EMD-HT, как показано на b.c, d представляют соответствующий сигнал ИЭУ и его амплитудный спектр соответственно. В d появляется только частота вращения неисправной шестерни, а ее гармоники и частота зацепления невидимы. Демонстрируется превосходство анализа ИЭУ на основе SSD.

Анализ IED тестируемого сигнала на основе EMD и HT: ( a ) Результаты разложения EMD; ( b ) спектрограмма EMD-HT; ( c ) сигнал IED; и ( d ) его амплитудный спектр.

2.2. Иерархическая дисперсионная энтропия

2.2.1. Dispersion Entropy

DE — это новый индекс энтропии для количественной оценки достоверности сигналов. Его преимущества перед традиционными энтропийными методами исследовались многими учеными [38,39,40]. Для сигнала, который имеет N точек выборки, a ( n ) = ( a 1 , a 2 ,…, a N может быть вычислено через следующие процедуры [37]:

(1) Новый сигнал b ( n ) = ( b 1 , b 2 , 6 ,

2 b ),

2 b с b i ∈ (0,1), получается путем применения нормальных кумулятивных функций распределения (NCDF) к исходному сигналу (t−u)22σ2dt,

(12)

где σ 2 и u указывают дисперсию и среднее значение a ( n ) соответственно.

(2) b ( n ) отображается в диапазон целых чисел [1, 2, …, c ] по следующей формуле:

Zic=округление(c⋅bi+0,5).

(13)

(3) Формируется вложенный вектор Zim,c с размерностью вложения м и временной задержкой τ :

Zim,c={Zic,Zi+τc,…,Zi+(m− 1)τc}, i=1,2,…,(m−1)τ.

(14)

(4) Соответствующая картина рассеивания πυ0,υ1,…,υm−1 получается при следующем определении:

Zic=υ0, Zi+τc=υ1,…, Zi+(m−1)τc=υm−1.

(15)

(5) Относительная частота каждой картины рассеяния вычисляется как: (м−1)τ.

(16)

(6) Со ссылкой на определение энтропии Шеннона, DE a ( n ) вычисляется как:

DE(a,m,c,τ)=−∑π =1cmP(πυ0,υ1,…,υm−1)ln(P(πυ0,υ1,…,υm−1)).

(17)

Предыдущие исследования [36, 37, 38, 39, 40] рекомендуют выбор параметров для алгоритма ДЭ: m = 2, c = 6, τ = 1.Таким образом, мы принимаем это предложение во всех вычислениях DE в этой статье.

2.2.2. Hierarchical Dispersion Entropy

Для того, чтобы лучше обнаруживать регулярность сложных сигналов, были разработаны некоторые многомасштабные формы DE, такие как MDE и RCMDE. Однако предыдущие исследования показывают, что алгоритмы многомасштабного анализа учитывают только низкочастотные компоненты сигнала и не могут полностью обнаружить особенности скрытых неисправностей [41,42,43]. Таким образом, предлагается иерархический алгоритм DE (HDE) путем интеграции иерархической декомпозиции и DE для более полной количественной оценки информации о сигнале.

для 1 D сигнала A = ( A = ( A 1 , A 2 , …, A N ) Продолжительность N ( N = 2 n , n представляет собой положительное целое число), процедуры расчета HDE включают: следующим образом:

q0(A)=a2j+a2j+12, j=1,2,…,2n−1,

(18)

q1(A)=a2j−a2j+12, j=1,2 ,…,2n−1,

(19)

Там, где Q 0 ( a ) и Q 1 () несут низкочастотные и высокочастотные особенности A в масштабе 2, соответственно.

(2) Матричное выражение операторов q j ( j = 0 или 1) получается в следующем виде:

qj=[12(−1)j200…000012(−1) j2…000000…12(−1)j2].

(20)

(3) Для выполнения иерархического анализа сигнала A указанные выше операторы должны применяться многократно. Пусть p N , вектор [ β 1 , β 2 , …, β P ] ∈ {0, 1} можно разработать для описания целого числа d :

Можно сделать вывод, что для данного целого числа E есть уникальный вектор [ β 1 , β 2 , …, β p ], соответствующий Это.

(4) Иерархическая компонент A K , D (где k и d — это номер слоя и номер узла, соответственно) выражен как:

AK AK ,d=qβ1•qβ2•…•qβp•A.

(22)

(5) Рассчитывается ДЭ иерархического компонента в узле d и слое k для получения РУЭ: DE(Ak,d,m,c,τ).

(23)

Иерархическая декомпозиция сигнала Для лучшей иллюстрации принципа показана с тремя слоями.Можно обнаружить, что имеется 2 k иерархических компонентов на уровне k . представляет собой блок-схему расчета HDE. В этой статье HDE на уровне 3 (который содержит 8 узлов), который используется для характеристики информации сигнала.

Иерархическая декомпозиция с тремя уровнями.

Блок-схема алгоритма HDE.

2.2.3. Оценка эффективности HDE

Гауссовский белый шум (GWN) с 4096 точками выборки, показанный на рисунке a, исследуется для сравнения эффективности HDE и MDE.Из спектра амплитуды, как показано на b, мы можем сделать вывод, что сложность GWN в разных частотных диапазонах почти одинакова. HDE (с тремя слоями) и MDE (с восемью шкалами) тестируемого GWN вычисляются, как показано в c. Значения HDE восьми иерархических компонентов практически равны. Принимая во внимание, что значение MDE постепенно уменьшается по мере увеличения масштаба. Теоретически значения ДЭ, соответствующие разным частотным диапазонам, не должны сильно меняться. HDE более реалистично отражает сложность исследуемого сигнала GWN по сравнению с MDE.

( a ) Исследуемый сигнал GWN; ( b ) его амплитудный спектр; и ( c ) его HDE и MDE.

Кроме того, тестируются 100 независимых наборов GWN (каждый набор содержит 4096 образцов), чтобы выявить преимущества HDE над MDE. Медиана и стандартное отклонение (SD) HDE и MDE рассчитываются для получения планок погрешностей, как показано на рис. Стандартное отклонение HDE в разных узлах очень мало, что свидетельствует о высокой стабильности алгоритма HDE. Однако стандартное отклонение MDE монотонно возрастает с увеличением масштаба.Начиная с порядкового номера 2, значение SD для MDE значительно больше, чем значение SD для HDE, что означает, что алгоритм HDE более стабилен.

Планки ошибок HDE и MDE.

2.3. Иерархическая энтропия рассеяния мгновенной плотности энергии

Объединяя достоинства IED и HDE, предлагается новый алгоритм сигнатур неисправности, названный иерархической мгновенной энтропией рассеяния плотности энергии (HIEDDE). В этом алгоритме анализ IED сначала используется для улучшения характеристик неисправности.Затем процесс HDE используется для количественной оценки информации сигнала IED для получения HIEDDE. показывает блок-схему алгоритма HIEDDE. Всего для реализации алгоритма HIEDDE необходимо пять процедур:

Блок-схема алгоритма HIEDDE.

(1) Примените алгоритм SSD к сигналу вибрации, чтобы сгенерировать k SSC.

(2) Вычислить коэффициент корреляции между исходным сигналом и j -м SSC, ρ j ( j = 1, 2,…, k ).Если ρ j больше порогового значения, указанного в разделе 2.2, SSC j ( t ) рассматривается как действительная составляющая. В противном случае SSC j ( t ) исключается как ложный компонент.

(3) Примените HT ко всем реальным SSC, определенным на шаге (2), чтобы получить спектрограмму SSD-HT.

(4) Рассчитайте сигнал IED спектрограммы SSD-HT.

(5) Рассчитайте HDE сигнала IED, чтобы получить предполагаемое значение HIEDDE.

3. Динамическое искажение времени

DTW изначально был разработан для классификации речи [44]. В последние годы он был введен в область диагностики механических повреждений [45]. Преимущество DTW по сравнению с существующими классификаторами заключается в том, что для создания эталонного сигнала требуется лишь небольшое количество выборок, при этом обеспечивается высокая точность классификации. Он используется для оценки подобия между двумя временными последовательностями на основе расстояния DTW, которое рассчитывается путем нахождения оптимального выравнивания.Чем меньше расстояние DTW между двумя сигналами, тем выше сходство. Ниже приводится конкретное описание DTW:

Для двух временных рядов P = { p i }, I = 1, …, m и Q = 3
i q }, I = 1, …, n , где м и n представляют длину P и Q соответственно. Матрица M × N
× N D
— сначала построена с элементами D ( P I , Q J ), которые являются евклидовым расстоянием между точками P i и q j .Затем можно найти путь через матрицу D , , который минимизирует кумулятивное расстояние между двумя последовательностями. Расстояние DTW соответствует пути с минимальной стоимостью деформации:

DTW(P,Q)=min∑k=1Kwk,

(24)

где w k является элементом матрицы и также принадлежит k -му элементу пути деформации W . Путь деформации должен соответствовать следующим трем ограничениям:

(a) Граничное условие: начальная точка w 1 = (1,1) и конечная точка w K = ( м , и ).

(b) Непрерывность: если W K = ( A , B ) и W K -1 = ( a ‘, b ‘), затем ( A A ‘) ≤ 1 и ( b b ‘) ≤ 1.

(c) монотонность: если W k = ( a , b ) и W K -1 = ( a ‘, b ‘), затем ( a a ‘) ≥ 0 и ( b b ‘) ≥ 0.

Путь деформации можно определить с помощью динамического программирования следующим образом:

γ(i,j)=d(pi,qj)+min{γ(i−1,j−1)γ(i−1,j )γ(i,j−1),

(25)

где γ ( i , j ) — сумма d ( p i , q j ) и минимального совокупного расстояния трех соседних элементов.

4. Предлагаемый метод диагностики неисправностей

В этом исследовании предлагается новый метод диагностики неисправностей коробки передач на основе HIEDDE и DTW.представляет собой процесс его реализации, который в основном состоит из трех этапов:

Процесс реализации предлагаемого метода.

(1) Соберите данные о вибрации коробки передач при различных состояниях здоровья. Данные о вибрации каждого состояния разделены на несколько непересекающихся групп данных. Для каждого состояния одна группа данных используется для образца шаблона, а другие группы используются в качестве тестовых образцов. Количество выборок шаблона равно количеству типов неисправностей.

(2) Рассчитайте HIEDDE данных о вибрации в качестве признаков неисправности. Иерархический уровень установлен равным трем, так что HIEDDE каждой выборки данных содержит информацию о восьми иерархических компонентах.

(3) Используйте DTW для распознавания шаблонов ошибок. На основе характеристик разлома HIEDDE вычисляется расстояние DTW между образцами для испытаний и образцами-шаблонами, и тип отказа для образца для испытаний может быть распознан на основе метки образца-шаблона с наименьшим расстоянием.

5. Экспериментальный анализ

В этом разделе представленный подход к диагностике неисправностей используется для анализа экспериментальных данных коробки передач в различных состояниях для проверки ее достоверности. Данные получены с помощью экспериментальной платформы моделирования неисправностей вращающихся механизмов QPZZ-II. Из схемы экспериментальной платформы, показанной на рисунке а, видно, что платформа для моделирования неисправностей редуктора в основном состоит из электродвигателя, ременной передачи, опоры вала, редуктора и силового крутильного механизма.Редуктор содержит малую шестерню с 55 зубьями, установленную на входном валу, и большую шестерню с 75 зубьями, установленную на выходной шестерне. представляет собой иллюстрацию параметров двух передач. На корпусе редуктора установлены четыре акселерометра для измерения вертикальной вибрации, а два вихретоковых датчика отвечают за контроль радиальной вибрации входного подшипника. Положения установки датчиков отмечены в а. b показывает распределение датчика с двух точек зрения.Как показано, четыре акселерометра пронумерованы ①~④ соответственно. Скорость вращения входного вала в эксперименте 880 об/мин. Частота зацепления малой и большой шестерни составляет 807 Гц. Частота дискретизации 5120 Гц.

( a ) Эскиз конструкции испытательного стенда; ( b ) размещение датчиков.

Таблица 2

Иллюстрация параметров двух шестерен.

Moduls Moduls Количество зубов Частота вращения Материалы
Маленькая передача 2 55 14.67 Гц S45C 90C
Big Gear 2 75 10,76 Гц 10,76 Гц S45C

Экспериментальные сигналы были собраны в четырех здоровье, в том числе: (1) нормальное состояние; (2) питтинговый зуб (PT) на выходной шестерне; (3) сломанный зуб (ВТ) на выходной шестерне; (4) некоторые изнашиваемые зубья (WT) на входной шестерне; и (5) состояние сложной неисправности с BT на выходной шестерне и WT на входной шестерне (BT-WT). представляет поврежденные зубчатые колеса с различными типами неисправности, использованные в тесте.Для каждого состояния экспериментальный сигнал сегментируется на 41 группу данных длиной 4096. Для обеспечения независимости каждой группы и более обоснованной и строгой проверки эффективности предложенного метода группы данных не перекрываются. Одна группа данных каждого штата выбирается в качестве эталонной выборки, а остальные 40 групп рассматриваются как тестовые выборки. представляет детали экспериментальных сигналов.

Неисправности повреждения шестерни: ( a ) точечная коррозия; ( b ) сломанный зуб; и ( c ) дефект износа.

Таблица 3

Описание экспериментальных данных.

PT

Тип неисправности Метка Количество шаблонов Количество шаблонов Количество тестирования образцов
Normal 1 1 40 2 1 2 1 40
BT 3 9 40
WT 4 1 40 BT-WT 5 1 40
2

Для иллюстрации процесса предлагаемого подхода к диагностике неисправностей используется один тестовый образец для каждого состояния здоровья.показывает эти образцы при различных состояниях здоровья. Несмотря на то, что влияние выборок данных в четырех состояниях разлома (PT, BT, WT и BT-WT) более заметно, чем в нормальном состоянии, состояния разлома не могут быть распознаны, поскольку их характеристики воздействия в чем-то схожи.

Образцы данных четырех состояний здоровья: ( a ) Нормальное; ( b ) Неисправность ТП; ( c ) Ошибка БТ; ( d ) Ошибка WT; и ( и ) BT-WT.

Затем анализ IED применяется к пяти выбранным выборкам данных, и полученные соответствующие сигналы IED показаны на .По сравнению с исходными сигналами влияние сигнала IED более очевидно, так как шум подавляется анализом IED. HDE сигналов IED рассчитываются для получения характеристик неисправности HIEDDE, как показано на рис. Признаки ошибки HIEDDE при четырех состояниях работоспособности можно легко различить. Значения HIEDDE для восьми узлов в состоянии работоспособности больше, чем для трех состояний отказа. Это означает, что сигналы при неисправностях более регулярны. На основе особенностей разлома HIEDDE рассчитываются расстояния DTW между тестовыми образцами и эталонными образцами, и результаты представлены в .Метки пяти образцов шаблона соответствуют нормальному состоянию, неисправность PT, неисправность BT, неисправности WT и BT-WT равны 1, 2, 3, 4 и 5 соответственно. а показывает, что расстояния DTW между тестовым образцом в нормальном состоянии и пятью эталонными образцами имеют минимальное значение на метке шаблона 1, что указывает на точное распознавание нормального типа состояния здоровья. В то же время мы можем обнаружить, что все типы неисправностей тестовых образцов в четырех состояниях неисправности идентифицируются на основе результатов, показанных на b–e.показывает скорость классификации всех 200 групп образцов данных тестирования при четырех состояниях здоровья с использованием предложенного метода (HIEDDE-DTW). Классификация составляет 100%.

Сигнал IED о четырех состояниях здоровья: ( a ) Нормальное; ( b ) Неисправность ТП; ( c ) Ошибка БТ; ( d ) Ошибка WT; и ( и ) BT-WT.

Особенности ошибки HIEDDE для четырех выборок данных, показанных в .

Сходство результатов сравнения на основе DTW: ( a ) Нормальное состояние; ( б ) ПТ; ( с ) БТ; ( d ) ВТ; и ( и ) BT-WT.

Скорость классификации предлагаемого алгоритма HIEDDE (IED-HDE).

HIEDDE представляет собой комбинацию этих двух алгоритмов, т. е. анализа IED и предлагаемого алгоритма HDE. Чтобы проиллюстрировать значение комбинации двух алгоритмов, алгоритм HDE непосредственно применяется к пяти исходным образцам данных, как показано на , а соответствующие функции ошибок HDE отображаются на . Значения HDE для некоторых узлов при разных состояниях здоровья почти совпадают.Разница признаков отказа HDE при четырех состояниях работоспособности, показанных на рис. , не так велика, как разница признаков отказа HIEDDE при пяти состояниях работоспособности, показанных на рис. , что показывает, что анализ IED может помочь улучшить признаки отказа. показывает скорость классификации всех тестовых образцов с использованием признаков неисправности HDE. Пять тестовых образцов неисправности PT оцениваются как неисправность BT, а пять тестовых образцов неисправности BT-WT классифицируются неправильно, что позволяет классифицировать уровень 95%.

Особенности неисправности HDE для четырех выборок данных, показанных в .

Классификационная норма прямого применения HDE.

Чтобы объяснить превосходство предлагаемого метода, алгоритмы MDE и RCMDE интегрированы с IED-анализом для анализа экспериментальных сигналов. и иллюстрируют результаты классификации DTW подходов IED-MDE и IED-RCMDE соответственно. Уровень классификации подходов IED-MDE и IED-RCMDE составляет 90,5% и 93% соответственно.Превосходство предложенного метода подчеркивается результатами сравнения.

Курс классификации метода IED-MDE.

Скорость классификации метода IED-RCMDE.

6. Выводы

Для проведения точной диагностики неисправностей коробки передач предлагается новая система диагностики неисправностей путем объединения HIEDDE и DTW. Основные нововведения можно резюмировать следующим образом: (1) анализ IED, основанный на SSD и HT, представлен для улучшения характеристик неисправности сигналов коробки передач; (2) представлен новый энтропийный алгоритм под названием HDE, способный количественно определять информацию о низкочастотных и высокочастотных компонентах сигналов; и (3) преимущества IED и HDE объединяются для разработки нового алгоритма выделения признаков неисправности, т.е.э., ХИДДЕ.

Результаты анализа смоделированного сигнала неисправности редуктора иллюстрируют способность анализа ИЭУ улучшать признаки неисправности. Результаты анализа сигнала GWN демонстрируют, что алгоритм HDE более стабилен и имеет более высокую точность по сравнению с алгоритмом MDE. Предлагаемый метод используется для выявления экспериментальных закономерностей неисправности коробки передач. Результаты показывают, что предложенный метод способен точно распознавать характер неисправности коробки передач и имеет преимущества перед существующими методами.

Следует отметить, что обоснованность предложенного метода исследуется только по экспериментальным данным, полученным на лабораторном стенде. Несмотря на то, что были получены удовлетворительные результаты, применимость предложенного метода к практическим инженерным данным требует дальнейшего изучения. Степень различия ошибок между образцами ошибок и сложность ошибки могут повлиять на точность предлагаемого метода. Более того, количество типов неисправностей, которые может диагностировать предлагаемый метод, зависит от количества шаблонов неисправностей в библиотеке образцов.Только за счет создания богатой библиотеки образцов предлагаемый метод может лучше решить задачу диагностики неисправностей редукторов машиностроительного оборудования.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Национальному фонду естественных наук Китая (грант № 51777074), фондам фундаментальных исследований центральных университетов (2018YQ03 и 2017XS134) и Программе поддержки лучших молодых талантов провинции Хэбэй ([2018]-27). Наконец, авторы хотели бы поблагодарить редакторов и рецензентов за их ценные комментарии и конструктивные предложения.

Вклад авторов

Г.Т. и Б.П. предложил методологию и написал статью; Г.Т. и Ю.Х. придумали и разработали эксперименты. Ю.Х. предоставил экспериментальные материалы. Б.П. и Т. Т. провели эксперимент; Г.Т. и Б.П. проанализировал данные. Г.Т. и Ю.Х. проверил бумагу и дал важные рекомендации по бумаге.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант № 51777074), фондов фундаментальных исследований центральных университетов (2018YQ03 и 2017XS134) и Программы поддержки лучших молодых талантов провинции Хэбэй ([ 2018]-27).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Литература

1. Чжан М., Ван К., Вэй Д., Цзо М.Дж. Амплитуды характеристических частот для диагностики неисправностей планетарного редуктора. Дж. Саунд Виб. 2018; 432:119–132. doi: 10.1016/j.jsv.2018.06.011. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]2. Фиглус Т. Метод диагностики коробок передач транспортных средств с использованием многоступенчатой ​​фильтрации и энтропии. Энтропия. 2019;21:441. doi: 10.3390/e21050441. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]3.Сунь Р., Ян З., Чен С., Тянь С., Се Ю. Диагностика неисправности зубчатой ​​передачи на основе частотно-временного анализа структурированной разреженности. мех. Сист. Сигнальный процесс. 2018;102:346–363. doi: 10.1016/j.ymssp.2017.09.028. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]4. Бенмусса С., Джезири М.А. Оценка остаточного срока полезного использования без необходимости предварительного знания особенностей деградации. Иет. науч. Изм. Технол. 2017; 11:1071–1078. doi: 10.1049/iet-smt.2017.0005. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]5. Тан Дж., Ши Б., Ли З. Метод стохастического резонанса с асимметричной обратной связью с задержкой, основанный на оптимизации роя частиц с предварительными знаниями.Подбородок. Дж. Физ. 2018;56:2104–2118. doi: 10.1016/j.cjph.2018.08.019. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 6. Гуо Дж., Ши З., Ли Х., Чжэнь Д., Гу Ф., Болл А.Д. Ранняя диагностика неисправностей для планетарного редуктора, основанного на энергии пакета вейвлета и анализе биспектра сигнала модуляции. Датчики. 2018;18:2908. doi: 10.3390/s18092908. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]7. Меринани Б., Рахмун С., Беназзуз Д., Ульд-Буамама Б. Извлечение и классификация новых признаков неисправности коробки передач с использованием эмпирического вейвлет-преобразования Гильберта, разложения по сингулярным числам и нейронной сети SOM.Дж. Виб. Контроль. 2018;24:2512–2531. doi: 10.1177/1077546316688991. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]8. Адамчак С., Степен К., Врзохал М. Сравнительное исследование измерительных систем, используемых для оценки вибрации подшипников качения. Procedia англ. 2017; 192: 971–975. doi: 10.1016/j.proeng.2017.06.167. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]9. Гуо Ю., Чжао Л., Ву С., На Дж. Метод вибрационного разделения, основанный на обнаружении локальных дефектов зубьев планетарных зубчатых передач: Учебное пособие. мех. Сист. Сигнальный процесс. 2019;129:130–147.doi: 10.1016/j.ymssp.2019.04.027. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 10. Ли Ю., Дин К., Хе Г., Цзяо С. Метод выделения признаков нестационарной вибрации, основанный на разреженной декомпозиции и отслеживании порядка для диагностики неисправностей коробки передач. Измерение. 2018; 124:453–469. doi: 10.1016/j.measurement.2018.04.063. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 11. Гловач А., Гловач В., Гловач З., Козик Дж. Ранняя диагностика неисправностей подшипников и статора однофазного асинхронного двигателя с использованием акустических сигналов. Измерение. 2018; 113:1–9.doi: 10.1016/j.measurement.2017.08.036. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 12. Гловач А. Диагностика неисправностей однофазного асинхронного двигателя на основе акустических сигналов. мех. Сист. Сигнальный процесс. 2019;117:65–80. doi: 10.1016/j.ymssp.2018.07.044. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 13. Юнус А.М., Ян Б.-С. Интеллектуальная диагностика неисправностей вращающегося оборудования с использованием инфракрасного теплового изображения. Эксперт Сист. заявл. 2012;39:2082–2091. doi: 10.1016/j.eswa.2011.08.004. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 14. Цзян Г.К., Хэ Х.Б., Ян Дж., Се П.Многомасштабные сверточные нейронные сети для диагностики неисправностей редуктора ветровой турбины. IEEE транс. Инд. Электрон. 2018 г.: 10.1109/TIE.2018.2844805. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 16. Парей А., Сингх А. Диагностика неисправностей коробки передач с использованием акустических сигналов, непрерывного вейвлет-преобразования и адаптивной нейро-нечеткой системы вывода. заявл. акуст. 2019; 147: 133–140. doi: 10.1016/j.apacoust.2018.10.013. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 17. Фэн З., Чжу В., Чжан Д. Анализ частотно-временной демодуляции с помощью фильтра Фольда-Кальмана для диагностики неисправностей планетарного редуктора ветряных турбин при нестационарных скоростях.мех. Сист. Сигнальный процесс. 2019;128:93–109. doi: 10.1016/j.ymssp.2019.03.036. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 18. Хуанг Н.Э., Шэнь З., Лонг С.Р., Ву М.К., Ши Х.Х., Чжэн К., Йен Н., Тунг К.С., Лю Х.Х. Разложение по эмпирическим модам и гильбертовский спектр для нелинейного и нестационарного анализа временных рядов. проц. Р. Соц. лон. сер. А. 1998; 454:903–995. doi: 10.1098/rspa.1998.0193. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 19. Мур К.Дж., Курт М., Эритен М., МакФарланд Д.М., Бергман Л.А., Вакакис А.Ф. Разложение эмпирических мод, ограниченных вейвлетами, для анализа измеренных временных рядов.мех. Сист. Сигнальный процесс. 2018;99:14–29. doi: 10.1016/j.ymssp.2017.06.005. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 20. Парк С., Ким С., Чой Дж. Диагностика неисправности зубчатой ​​передачи с использованием ошибки трансмиссии и разложения на ансамблевые эмпирические моды. мех. Сист. Сигнальный процесс. 2018; 108: 262–275. doi: 10.1016/j.ymssp.2018.02.028. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 21. Chen J.Y., Zhou D., Lyu C., Lu C. Комплексный метод на основе CEEMD-SampEn и алгоритм корреляционного анализа для диагностики неисправностей редуктора в различных условиях работы.мех. Сист. Сигнальный процесс. 2018; 113:102–111. doi: 10.1016/j.ymssp.2017.08.010. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 22. Ли Х., Цинь С., Чжао Д., Чен Дж., Ван П. Усовершенствованный метод декомпозиции эмпирических мод, основанный на кубическом тригонометрическом алгоритме интерполяции B-сплайнов. заявл. Мат. вычисл. 2018; 332:406–419. doi: 10.1016/j.amc.2018.02.039. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 23. Фэн З. П., Линь X. Ф., Цзо М. Дж. Совместный анализ амплитудной и частотной демодуляции на основе внутренней временной декомпозиции для диагностики неисправностей планетарного редуктора.мех. Сист. Сигнальный процесс. 2016;72–73:223–240. doi: 10.1016/j.ymssp.2015.11.024. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 24. Гао Ю., Виллекко Ф., Ли М., Сонг В. Многомасштабная энтропия перестановок на основе усовершенствованных LMD и HMM для диагностики подшипников качения. Энтропия. 2017;19:176. doi: 10.3390/e176. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 25. Чжан К., Чен С., Ляо Л., Тан М., Ву Дж. Новый метод диагностики неисправностей вращающихся машин, основанный на разложении характеристик локальных колебаний. Цифровая обработка сигналов. 2018;78:98–107.doi: 10.1016/j.dsp.2018.02.018. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 26. Li Y., Cheng G., Liu C., Chen X. Исследование диагностики неисправностей планетарной передачи на основе вариационной декомпозиции и глубоких нейронных сетей. Измерение. 2018; 130:94–104. doi: 10.1016/j.measurement.2018.08.002. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 27. Ю Д., Ван М., Ченг С. Метод диагностики сложных неисправностей коробок передач на основе анализа морфологических компонентов. Измерение. 2016;91:519–531. doi: 10.1016/j.measurement.2016.05.087. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 28.Конг Ю., Ван Т.Ю., Чу Ф.Л. Эмпирическое вейвлет-преобразование с помощью частотной модуляции сетки для диагностики неисправностей планетарного зубчатого венца ветряной турбины. Продлить. Энергия. 2018; 132:1373–1388. doi: 10.1016/j.renene.2018.09.027. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 29. Боницци П., Карел Дж.М.Х., Месте О., Петерс Р.М. Разложение сингулярного спектра: новый метод разложения временных рядов. Доп. Адаптировать. Анализ данных. 2014; 6:1–34. doi: 10.1142/S17935360113. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 30. Чен С., Пэн Л., Чен Г., Луо С. Исследование распознавания состояния деградации планетарной передачи на основе многомасштабного информационного измерения SSD и CNN. Сложность. 2019; 2019 doi: 10.1155/2019/8716979. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 31. Панг Б., Танг Г., Хе Ю. Исследование разложения сингулярного спектра и его применение для обнаружения отказа ротора. Дж. Вибротехника. 2018;20:2336–2351. [Google Академия] 32. Ду В., Чжоу Дж., Ван З., Ли Р., Ван Дж. Применение усовершенствованного метода разложения сингулярного спектра для комплексной диагностики неисправностей коробок передач.Датчики. 2018;18:3804. doi: 10.3390/s18113804. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]33. Шакья П., Дарпе А.К., Кулкарни М. Классификация повреждений подшипников с использованием мгновенной плотности энергии. Дж. Виб. Контроль. 2015;23:2578–2618. doi: 10.1177/1077546315619071. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 34. Лутридис С. Мгновенная плотность энергии как функция обнаружения неисправности зубчатой ​​передачи. мех. Сист. Сигнальный процесс. 2006; 20:1239–1253. doi: 10.1016/j.ymssp.2004.12.001. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 35. Лувей К.К., Юнуса-Калтунго А., Шаабан Ю.А. Интегрированная структура обнаружения отказов для классификации отказов вращающихся машин с использованием объединения данных в частотной области и искусственных нейронных сетей. Машины. 2018;6:59. doi: 10.3390/machines6040059. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 36. Виллекко Ф., Пеллегрино А. Энтропийная мера эпистемических неопределенностей в моделях систем с несколькими телами с помощью аксиоматического проектирования. Энтропия. 2017;19:291. doi: 10.3390/e191. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 37. Ростаги М., Азами Х. Энтропия дисперсии: мера для анализа временных рядов.Процесс обработки сигналов IEEE. лат. 2016;23:610–614. doi: 10.1109/LSP.2016.2542881. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 38. Ростаги М., Ашори М.Р., Азами Х. Применение энтропии дисперсии к характеристике состояния роторных машин. Дж. Саунд Виб. 2019; 438: 291–308. doi: 10.1016/j.jsv.2018.08.025. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 39. Чжан Ю., Тонг С., Конг Ф., Сюй Дж. Исследование метода выделения признаков на основе разреженной реконструкции и многомасштабной дисперсионной энтропии. заявл. науч. 2018;8:888. doi: 10.3390/app8060888.[Перекрестная ссылка] [Академия Google] 40. Азами Х., Ростаги М., Абасоло Д., Эскудеро Дж. Уточненная композитная многомасштабная дисперсионная энтропия и ее применение к биомедицинским сигналам. IEEE транс. Биомед. англ. 2017;64:2872–2879. [PubMed] [Google Scholar]41. Li Y., Yang Y., Wang X., Liu B., Liang X. Ранняя диагностика неисправностей подшипников качения на основе динамической энтропии иерархических символов и метода опорных векторов двоичного дерева. Дж. Саунд Виб. 2018; 428:72–86. doi: 10.1016/j.jsv.2018.04.036. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 42.Цзян Ю., Пэн С.К., Сюй Ю.С. Иерархический энтропийный анализ биологических сигналов. Дж. Вычисл. заявл. Мат. 2011; 236:728–742. doi: 10.1016/j.cam.2011.06.007. [CrossRef] [Google Scholar]43. Ли Ю., Сюй М., Чжао Х., Хуанг В. Иерархическая нечеткая энтропия и усовершенствованный метод опорных векторов на основе бинарного дерева для диагностики неисправностей подшипников качения. мех. Мах. Теория. 2016;98:114–132. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2015.11.010. [CrossRef] [Google Scholar]44. Сако Х., Чиба С., Вайбель А., Ли К. Оптимизация алгоритма динамического программирования для распознавания устных слов.Читать. Распознавание речи. 1990;159:224. [Google Академия] 45. Тянь Ю., Ван З., Лу С. Самоадаптивная диагностика неисправностей подшипников на основе энтропии перестановок и динамического искажения времени на основе многообразия. мех. Сист. Сигнальный процесс. 2016 г.: 10.1016/j.ymssp.2016.04.028. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 46. Ли Л., Лю Г., Чжан Л., Ли К. Обнаружение неисправности датчика с обобщенным отношением правдоподобия и коэффициентом корреляции для моста shm. Дж. Саунд Виб. 2019; 442: 445–458. doi: 10.1016/j.jsv.2018.10.062. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 47.Макфадден П. Обнаружение усталостных трещин в зубчатых колесах с помощью амплитудной и фазовой демодуляции вибрации зацепления. Дж. Виб. акуст. Стресс Reliab. Дес. 1986; 108: 165–170. doi: 10.1115/1.3269317. [CrossRef] [Google Scholar]

Вариант использования System 1: комплексный мониторинг редукторов

Откройте для себя расширенные возможности System 1 Evo для сбора данных, анализа вибрации и визуализации комплексных редукторов машин, включая пример успешного использования.

 

Введение

В современных высокотехнологичных отраслях системы управления и защиты являются основой управления критически важным оборудованием.Эти системы вместе с персоналом, который их использует, первыми реагируют на непредвиденные проблемы безопасности, окружающей среды и производительности.

Опытные операторы предприятий понимают, что комплексные наборы данных, собранные их передовыми системами управления и защиты критически важного оборудования, могут в дальнейшем использоваться для упреждающего  контроля состояния оборудования и исправности датчиков. Такие данные также необходимы для любого реактивного расследования первопричин после сбоя машины. Ни одна компания не сделала больше, чем Bently Nevada , чтобы продвигать и углублять понимание защиты машин и мониторинга состояния на основе анализа данных.Знания в области машиностроения, собранные за более чем 60 лет исследований и опыта компании Bently Nevada, используются при разработке нашей флагманской программной платформы для мониторинга состояния, System 1. 

.

В этой статье мы сосредоточимся на расширенных возможностях System 1 Evolution по сбору, анализу и визуализации данных от сложных редукторов машин, включая пример успешного использования.

 

Вызов

Роль редуктора в общей цепи машин заключается в изменении частоты вращения вала и крутящего момента при передаче мощности от ведущей машины к ведомой.Следовательно, требования к редуктору во многом диктуются характеристиками агрегатируемых машин. Параллельная коробка передач, подобная той, что изображена выше, подходит, когда отношение входной скорости к выходной скорости умеренное, а пространство не ограничено. Этот редуктор состоит из одной ступени – ступени, представляющей собой набор шестерен, которые совершают одно приращение изменения скорости вращения.

В приложениях, где необходимо большое передаточное число и/или когда входной или выходной крутящий момент высок, используется сложный редуктор.Этот редуктор может состоять из нескольких параллельных ступеней, как это часто встречается в экструдерах в процессе производства полиэтилена и в машинах, используемых для восстановления и формования в металлургических и горнодобывающих процессах. Когда пространство ограничено, часто используются эпициклические (также известные как планетарные) редукторы, в которых несколько зацепляющихся шестерен расположены концентрически. Существует несколько подкатегорий конструкции планетарного редуктора, но все они имеют меньший объем, чем конструкции параллельного редуктора при той же передаваемой мощности, а также соосные входной и выходной валы (см.1). Планетарные ступени могут комбинироваться с параллельными ступенями в одном редукторе. Сложные редукторы являются основным компонентом тысяч ветряных турбин, работающих по всему миру. На рисунке ниже показан трехступенчатый редуктор ветряной турбины, состоящий из планетарной и двух параллельных ступеней.

Чтобы коробка передач работала надежно, шестерни должны иметь правильную металлургию и размеры, литье и механическую обработку, а коробка передач должна быть правильно собрана, установлена ​​(фундамент и монтаж), выровнена, смазана и эксплуатироваться в пределах своих проектных ограничений.Проблемы с одним или несколькими из них, если их не обнаружить, могут привести к выходу из строя коробки передач. Сложный отказ редуктора может быть самой дорогостоящей проблемой в машинном отделении не только с точки зрения материалов для ремонта/замены и рабочей силы, но также с точки зрения простоев и производственных потерь. Хорошей новостью является то, что когда начинают возникать проблемы, коробка передач обычно сообщает о своих проблемах с помощью шума и/или вибрации.

Неисправности коробки передач возникают из-за проблем с подшипниками, роторной динамикой и зубчатым зацеплением, и проблема в одной области может перерасти в проблему в другой.Проблемы с зубчатым зацеплением могут быть неуловимыми по нескольким причинам. Многоступенчатые сложные редукторы имеют внутренние промежуточные шестерни и валы, вращающиеся с различной скоростью, и могут иметь более двух зацепляющихся шестерен на ступень. В планетарных редукторах некоторые шестерни (и, следовательно, места зацепления) постоянно перемещаются относительно датчика, установленного на корпусе. Кроме того, редуктор может подвергаться изменениям скорости и/или нагрузки, которые будут изменять амплитуду вибрации, по которой определяются состояние редуктора и уровни аварийных сигналов.

 

Система 1 Решение

Обнаружение проблем с подшипниками качения (REB) или гидродинамическими подшипниками (FFB) в коробках передач ничем не отличается от такового для других типов машин, что достигается с помощью спектральных частот неисправности подшипников для REB или характеристик формы волны радиального и осевого смещения вала и/или изменения положения для FFB. Эти инструменты являются основополагающими в Системе 1 и присутствуют в той или иной степени в любой системе мониторинга состояния. С другой стороны, шестерни требуют специальной выборки, фильтрации и встроенной аналитики для выявления ключевых показателей работоспособности.Некоторые специализированные устройства защиты/мониторинга Edge имеют эти встроенные функции, но такой уровень сложности отсутствует в большинстве общих систем защиты оборудования. Чтобы быть эффективной, система мониторинга состояния мирового класса должна обладать широтой и гибкостью для обнаружения проблем с подшипниками, роторной динамикой и зубчатой ​​передачей с использованием всего спектра устройств Edge, чтобы облегчить раннее обнаружение и идентификацию первопричины. В System 1 добавлены возможности подключения, аналитики и визуализации для работы с множеством конструкций редукторов, условий эксплуатации и потребностей пользователей.

 

Компонент 1: подключение

На многих промышленных объектах единая система мониторинга состояния необходима для управления машинами многих типов и уровней критичности. Некоторым машинам требуется система защиты, в то время как другим требуется только сбор данных, а уровень критичности диктует разные объемы и интервалы данных. Система 1 может взаимодействовать с различными устройствами Edge, которые выдают не только динамические сигналы вибрации, но и пропорциональные значения, соответствующие условиям процесса, и дискретные входы, соответствующие рабочим состояниям.

Пограничные устройства

Несколько устройств Bently Nevada Edge с рядом функций защиты и/или контроля состояния подходят для использования на сложной коробке передач. Выбор зависит от нескольких факторов, в том числе от типа привода и ведомой машины, степени критичности и от того, требуют ли режимы отказа непрерывных, сканирующих или переносных методов мониторинга. Для эффективного мониторинга состояния редуктора устройство Edge должно иметь Keyphasor или сигнал скорости для синхронной выборки и/или отслеживания скорости на основе порядка, а также возможность отправлять данные формы волны в Систему 1.Для машинных поездов с переменной нагрузкой входной сигнал, пропорциональный нагрузке, от системы управления машиной позволяет визуализировать в Системе 1 уровни вибрации и нагрузку на машину. Нагрузку также можно использовать для определения отдельных состояний машины, которые определяют, когда и как аналитика и сигналы тревоги применяются к измеренным значениям. Радиальные и осевые температуры металла подшипников и температуры масла также являются важными индикаторами состояния подшипников и шестерен.

 

Средства настройки

После идентификации устройств Edge система мониторинга состояния должна смоделировать конструкцию и характеристики каждого редуктора.Версия 17.1 Системы 1 (выпущенная в мае 2017 г.) представила шаблоны коробок передач и полностью настраиваемую коробку передач в наборе инструментов для настройки. Изображения сложных шаблонов коробки передач показаны ниже. Процесс конфигурирования включает в себя включение редуктора в компоновку механизма, присвоение имен и сопоставление валов и шестерен, а также ввод свойств подшипников и редукторов и кинематической информации. Обычно это делается для пользователя группой по вводу в эксплуатацию. На основе этих входных данных программное обеспечение автоматически определяет частоту вращения вала, передаточное число ступеней редуктора, неисправности подшипников и частоты зацепления зубчатых колес, необходимые для расширенной оценки состояния.

 

Компонент 2: Аналитика

 

Зубчатая сетка

Наиболее заметной характеристикой вибрации зубчатых колес обычно является их частота зацепления (периодичность контакта зубьев при прохождении через зацепление) и первые две или три кратные (гармоники) основной частоты зацепления зубчатых колес (GMF). Основываясь на конфигурации, описанной ранее, Система 1 позволяет пользователю настроить измерение полосы пропускания вокруг одной или нескольких частот зубчатого зацепления.Одной из особенностей некоторых планетарных редукторов является то, что спектральная составляющая с наибольшей амплитудой появляется не в месте(ах) ГМП, а вместо этого на одно или два кратных скорости вращения шестерни в любую сторону (ссылка 2). Подобные детали необходимо учитывать при включении аналитики в систему мониторинга состояния.

 

Боковые полосы

Хотя частоты зацепления зубчатых колес являются полезным индикатором, амплитуда основной частоты зацепления может меняться в зависимости от нагрузки на редуктор, и они могут доминировать в полосе пропускания и общих измерениях, таким образом маскируя изменения любых меньших, но полезных спектральных составляющих.Одной из спектральных характеристик, которая оказалась полезной для ранней идентификации износа зубьев шестерни, являются боковые полосы, которые имеют дополнительное преимущество, позволяющее определить, какая шестерня на ступени имеет повреждение. На приведенном ниже графике спектра первой ступени двухступенчатого редуктора градирни показаны боковые полосы (обозначенные наложением оранжевых маркеров), окружающие основную частоту зубчатого зацепления и три ее гармоники (обозначенные наложением синих маркеров).

Чтобы эффективно использовать боковые полосы в качестве аналитики, компания Bently Nevada разработала запатентованный алгоритм под названием Sideband Energy Ratio (SER) (ref.3), добавленный в System 1 версии 17.2. Алгоритм SER может выполняться на синхронных (предпочтительно) или асинхронных сигналах с высоким разрешением. SER можно увидеть в списке выбора ниже, наряду со спектральными полосами и полосами разломов азимута. При выборе любой из них новая переменная автоматически настраивается на основе ранее введенных свойств редуктора и добавляется к выбранным точкам. При добавлении анализ SER выполняется для входящих данных для 1X, 2X и 3X GMF каждой передачи каждой ступени, связанной с точкой измерения.Пользователю также предоставляется возможность применить анализ SER к ранее существовавшим историческим данным для точки (точек).

Аварийные сигналы и состояния

После того, как измерения и аналитика определены, возможность установки соответствующих пороговых значений программных сигналов тревоги имеет важное значение для эффективности системы. Возможности статистических сигналов тревоги System 1 и функция быстрой настройки сигналов тревоги позволяют пользователю настраивать сигналы тревоги для отдельных или групп точек, используя исторические данные и параметры статистического расчета.

Если машина работает с разными скоростями или нагрузками, Система 1 позволяет пользователю ограничивать программные сигналы тревоги определенными пользователем состояниями машины и/или устанавливать разные пороги сигналов тревоги для каждого рабочего состояния. Это включает в себя возможность подавления сигналов тревоги, чтобы дать время между изменениями состояния для стабилизации показаний, прежде чем сигнал тревоги будет повторно включен с порогами сигналов тревоги нового состояния.

Столп 3: Визуализация

Все предыдущие подключения и аналитика бесполезны, если результаты не представлены в удобном для пользователя интерфейсе, соответствующем рабочему процессу пользователя, и в понятных форматах графиков, которые подчеркивают ключевые характеристики и информацию.Функции визуализации System 1 были усовершенствованы и улучшены благодаря урокам, извлеченным из предыдущих поколений программного обеспечения, и многочисленным отзывам пользователей, что обеспечивает непревзойденную эффективность и результативность.

 

Конфигурируемые схемы машинного оборудования

Чтобы быстро понять состояние машины, пользователи обычно начинают с Обзора состояния, который обеспечивает интуитивное понимание уровней и аварийных сигналов. Система 1 позволяет пользователям создавать несколько представлений диаграмм — до 50 на поезд машин — каждое со своей собственной уникальной вкладкой страницы.Интерфейс полностью настраиваемый, включая возможность добавлять или удалять измерения на диаграмме, изменять места измерений, изменять цвета текста/фона, добавлять кнопки навигации в качестве ссылок на другие вкладки и вложенные вкладки и даже заменять стандартные формы машин на собственное изображение пользователя и цветные значки состояния тревоги.

Сопоставьте и сравните

Как упоминалось ранее, проблемы с коробкой передач могут начаться как минимум в трех различных областях, поэтому инструменты визуализации должны предоставлять пользователю функции, позволяющие быстро сопоставлять тренды нескольких переменных и легко перемещаться по различным типам графиков.Исследование проблемы обычно начинается с нажатия на аварийный сигнал в списке событий, который немедленно открывает набор соответствующих графиков. Оттуда System 1 предоставляет универсальные инструменты для построения графиков, позволяющие быстро добавлять переменные из измерений положения шестерен, подшипников и валов на график для легкого сравнения трендов и корреляции. Функции синхронизации графиков для курсоров и масштабирования упрощают выявление значимых изменений и отклонений.

Фильтрация по состоянию

Для редукторов с различными нагрузками и/или скоростями важно визуализировать данные отдельно для каждого сконфигурированного рабочего состояния.Фильтрация данных по состоянию в рабочей области Plots доступна для установок System 1 с PostgreSQL в качестве архиватора и применима ко всем графикам, кроме полярных графиков, графиков Боде и осевой линии вала. Эта возможность может применяться как глобально в пределах набора графиков, так и на отдельном графике.

Наложения графиков

К визуализации состояния редуктора применимы две полезные функции наложения графика:

  • Маркеры частоты отказов можно накладывать на графики спектра, временной развертки и сложенной временной развертки
  • Несколько сохраненных наборов данных для сравнения можно накладывать друг на друга в рабочей области Графики.

 

Последние улучшения

Версия 20.1 Системы 1 включает две новые интересные функции визуализации, относящиеся к диагностике коробки передач:

  • Логарифмические шкалы для графиков Spectrum, Stacked Spectrum и XvsY
  • Наложения орбит постоянного тока на графики осевой линии вала.

 

Целостность и надежность пограничных устройств

Одним из невоспетых преимуществ системы мониторинга состояния является способность обнаруживать и устранять проблемы с соответствующими датчиками и системами защиты оборудования.В дополнение к состояниям датчика OK в программном обеспечении, графики временной развертки и частотной области в Системе 1 позволяют пользователям обнаруживать зашумленные или прерывистые сигналы датчика, которые могут указывать на проблемы с проводкой или неисправный датчик. Графики также показывают, какие вибрации проявляет машина, предоставляя эмпирические данные в режиме реального времени для оптимизации углов фильтра, аварийных сигналов амплитуды и других настроек аппаратного обеспечения защиты.

 

Связь + аналитика + визуализация = комплексное решение!

Сочетая возможности подключения, аналитики и визуализации, System 1 может обнаруживать подшипники, роторную динамику, зубчатое зацепление и другие распространенные проблемы в сложных редукторах, что делает ее уникально подходящей для любого машинного оборудования с редуктором.

 

Практический пример

Следующий пример показывает, как Система 1 помогла одному пользователю улучшить мониторинг его сложной коробки передач и предотвратить дорогостоящие повреждения (ссылка 4).

После серьезной поломки массивного редуктора экструдера компании Bently Nevada была вызвана команда для разработки и установки системы мониторинга состояния, которая будет предупреждать и защищать от будущих дорогостоящих поломок.

Этот редуктор экструдера является одним из самых больших и сложных однокорпусных редукторов, используемых в перерабатывающей промышленности.Он приводится в движение огромным основным двигателем мощностью 14 МВт и дополнительным двигателем с регулируемой скоростью (VSD) с высоким крутящим моментом, используемым для запуска. Машина обеспечивает крутящий момент 320 000 Нм (237 000 ft-lb) на каждом выходном валу и содержит более 60 подшипников и пять зубчатых муфт с 27 передачами.

Чрезмерное осевое перемещение редуктора экструдера и его главного двигателя приводило к его отказу. Во время сбоя он контролировался системой другой компании по мониторингу состояния, которая не обеспечивала никакой защиты или упреждающей индикации до сбоя.Хуже того, он использовал очень низкую частоту дискретизации, что, вероятно, способствовало его неспособности обнаружить высокоамплитудную осевую вибрацию.

Команда Bently Nevada предложила решение, которое включало в себя ведущую в отрасли систему онлайн-мониторинга ADAPT 3701/40 с S1 Evo, а также 40 датчиков вибрации, установленных на всей линии экструдера. Система онлайн-мониторинга Bently Nevada включает в себя усовершенствованную обработку сигналов, а также тенденции частоты отказов подшипников. При последующей эксплуатации эти возможности помогли быстро и точно определить основную причину предыдущего сбоя.Предварительно настроенные программные значения аварийных сигналов Системы 1 обнаруживают проблему с высокой осевой вибрацией на раннем этапе, предотвращая более серьезные повреждения.

Ценность, полученная от системы, побудила компанию к дальнейшим улучшениям, включая размещение дополнительных датчиков на главном редукторе и основных входных и выходных валах для осевой тяги, включение редуктора гранулятора в систему мониторинга, интеграцию данных Системы 1 с РСУ. (Распределенная система управления) и интегрирование данных OPC для крутящего момента, температуры и давления смазочного масла, тока двигателя и нагрузки.

 

Заключение

Возможности комплексной диагностики и обнаружения неисправностей коробки передач

System 1 являются кульминацией многолетнего опыта компании Bently Nevada в области машиностроения. Алгоритм SER, разработанный специально для коробок передач, является примером наших улучшений постоянного контроля состояния на основе отзывов пользователей. Комплексный пакет System 1 Evolution с лучшими в своем классе возможностями подключения, аналитики и визуализации создает самое мощное, эффективное и действенное программное решение для мониторинга состояния любого вращающегося или возвратно-поступательного оборудования на вашем предприятии.

Компания Bently Nevada стремится встроить еще больше современных возможностей в System 1. Начиная с версии 18.2, Bently Nevada объединила функции мониторинга ветряных турбин ADAPT.Wind в System 1 Evolution, добавив возможности подключения к 3701/60. , 3701/60A и 60M100 продукты для мониторинга ветра и предоставляют операторам ветряных турбин расширенные возможности платформы мониторинга состояния. Компания Bently Nevada продолжает совершенствовать аналитические возможности редукторов, разрабатывая новые алгоритмы обнаружения неисправностей зацепления зубчатых колес.Рассматриваемые будущие возможности визуализации включают в себя завернутый график формы волны, полезный для визуального определения местоположения неисправности зуба шестерни. Когда позже в этом году будет повторно введена поддержка принятия решений, пользователи смогут создавать свои собственные правила для удовлетворения индивидуальных потребностей своих активов и процессов. Присоединяйтесь к нам в путешествии!

 

Ссылки

  1. Планетарная передача (2020) Википедия . Доступно по адресу: https://en.wikipedia.org/wiki/Epicycle_gearing (дата обращения: 13 мая 2020 г.).
  2. Макфадден, поликлиника и Смит, Дж. Д. (1985). Объяснение асимметрии боковых полос модуляции относительно частоты зацепления зубьев при вибрации планетарной передачи, Труды Института инженеров-механиков, том 199 № C1.   Страницы 65–70.
  3. Ханна, Дж., Хэтч, К., Калб, М., Вайс, А., Луо, Х. (2012). Обнаружение дефектов зубьев шестерни ветряной турбины с использованием коэффициента энергии боковой полосы, Orbit Magazine, Vol.23 №1. Минден, Невада: Bently Nevada LLC
  4. Адаптировано из ADAPT 3701  Защищает массивный, сложный редуктор экструдера Али Аль-Хавадж, ведущий менеджер по продажам, компания Baker Hughes, ранее опубликованный в ORBIT, декабрь 2018 г.

 

 

 

 

Copyright 2020 Baker Hughes Company. Все права защищены. Baker Hughes предоставляет эту информацию на условиях «как есть» для общих информационных целей. Baker Hughes не делает никаких заявлений относительно точности или полноты информации и не дает никаких гарантий, конкретных, подразумеваемых или устных, в максимальной степени, разрешенной законом, включая гарантии товарной пригодности и пригодности для конкретной цели или использования. .Baker Hughes настоящим отказывается от какой-либо ответственности за любой прямой, косвенный, косвенный или особый ущерб, претензии в отношении упущенной выгоды или претензии третьих лиц, возникающие в результате использования информации, независимо от того, заявлена ​​ли претензия в договоре, гражданском правонарушении или иным образом. Baker Hughes оставляет за собой право вносить изменения в технические характеристики и функции, показанные здесь, или прекращать выпуск описанного продукта в любое время без предварительного уведомления или каких-либо обязательств. Свяжитесь с представителем Baker Hughes для получения самой последней информации.Логотип Baker Hughes, логотип Bently Nevada и System 1 являются товарными знаками компании Baker Hughes.

Остатки главного редуктора Ахиллесова пята вертолета

В греческой мифологии, когда Ахиллес был младенцем, было предсказано, что он умрет молодым. Чтобы улучшить его шансы на бессмертие, его мать, Фетида, отвела Ахиллеса к реке Стикс, которая, как предполагалось, давала силу неуязвимости, и погрузила его тело в воду. Но Фетида держала Ахиллеса за пятку… В остальном миф известен.Если мать концепции вертолета когда-либо опускала его в реку Стикс, она, вероятно, держала его за главный редуктор.

Как показали недавние аварии (как их называют следователи) или инциденты (термин, предпочитаемый производителем и эксплуатантом), главный редуктор всегда был ахиллесовой пятой вертолетов, несмотря на усилия инженеров-конструкторов по совершенствованию главного редуктора. архитектуры на десятилетия. Власти гражданской авиации регулярно публикуют правила и директивы по летной годности.В какой-то момент в отрасли даже предполагалось, что некоторые вертолеты (Eurocopter EC225) имеют надежную резервную систему на случай выхода из строя основной системы смазки редуктора.

Видимо этого было недостаточно. Две рабочие лошадки оффшорной транспортной отрасли, EC225 и Sikorsky S-92, неоднократно сталкивались с серьезными проблемами. Несмотря на усилия отрасли, остается одна фундаментальная проблема: редуктор нельзя сделать избыточным.

Однако некоторые детали постоянно совершенствуются. В рамках усилий по повышению прочности и твердости вертикального вала компания Eurocopter перешла со стального сплава 16NCD13 на стальной сплав 32CDV13.Переход на этот вал «второго поколения» был для EC225. Вал второго поколения также известен как «азотированный» вал, но последующие проблемы возникли в области, не затронутой азотированием, процессом поверхностной закалки.

В прошлом году с EC225 произошло два инцидента: один произошел 10 мая (на EC225, эксплуатируемом Бондом), а другой — 22 октября (на самолете, эксплуатируемом CHC). В обоих случаях в зоне сварки между самим валом и конической шестерней образовались трещины, что в конечном итоге привело к потере смазки, поскольку коническая шестерня приводит в действие масляный насос.Частично причиной может быть реакция корпуса коробки передач на вибрацию, сообщил источник во французской промышленности AIN .

Постепенное возвращение в эксплуатацию

После второго отказа вертолеты, произведенные или оснащенные новым валом, были остановлены, что затронуло значительное количество AS332 Super Pumas, что вызвало массовые неудобства для операторов и служащих, которых они обслуживают.

19 самолетов EC225, летавших в Северном море, не могли быть оснащены валом «первого поколения».Eurocopter считает, что промежуточные меры, основанные на более строгом техническом обслуживании, могут обеспечить непрерывную работу EC225. Интервалы загрузки данных вибромониторинга сокращены до трех летных часов. Полеты над водой запрещались вертолетам без системы вибродиагностики. Но CAA Великобритании и его норвежский коллега предприняли действия, которые фактически приземлили EC225, за исключением поисково-спасательных полетов.

20 или около того самолетов AS332 можно было модернизировать шахтой первого поколения, и к концу ноября Eurocopter и местный партнер Heli One практически завершили модернизацию Северного морского флота.Heli-One также участвовала в работе над флотом CHC. Другие модификации уже были проведены в Анголе и Китае. «К счастью, мы не были ограничены наличием валов первого поколения», — сказал Дерек Шарплс, исполнительный вице-президент Eurocopter по поддержке и обслуживанию, AIN .

Шарплз надеется, что его компания сможет порекомендовать вернуться к работе в феврале, когда она рассчитывает полностью понять основную причину и иметь окончательное исправление. Будут проведены как наземные, так и летные испытания.Система аварийной смазки была испытана в ходе наземной обкатки одного из первых серийных самолетов. Также запланированы обширные летные испытания, посвященные валу и системе аварийной смазки.

Аварийная система, широко разрекламированная резервная система, которую Eurocopter установила на свой EC225, чтобы он мог летать в течение 30 минут после потери смазки, стала головной болью для его конструкторов. В обоих управляемых аварийных посадках 2012 года пилоты получили показания об отказе системы смазки главного редуктора, а впоследствии и системы аварийной смазки.В происшествии 10 мая система аварийной смазки подала ложную тревогу экипажу. Считается, что событие 22 октября также было связано с ложной тревогой, но следователи еще не подтвердили это.

Во время первого инцидента Британское отделение по расследованию авиационных происшествий (AAIB) не обнаружило утечки в резервной системе. Кроме того, как установили следователи, резервный насос работал нормально с момента срабатывания системы до момента, когда самолет сел на воду. Они предполагают, что датчик давления стравливаемого воздуха вызвал предупреждение.По данным AAIB, во время разработки вертолета полная резервная система не тестировалась ни на испытательном стенде, ни на самом вертолете. Шарплс утверждал, что он был «полностью протестирован во время наземной обкатки одного из первых серийных самолетов».

Eurocopter — не единственный производитель вертолетов, имеющий проблемы с главным редуктором своей самой тяжелой гражданской модели. Сикорский боролся с коробкой передач S-92 после фатальной катастрофы самолета Cougar в 2009 году у берегов Ньюфаундленда.

Прошлым летом Федеральное авиационное управление выдало еще одно объявление после того, как в картере коробки передач одного S-92 была обнаружена трещина. Трещина, обнаруженная в «зоне прохода керна, прилегающей к креплению ножничного кронштейна», позволила вытекать маслу.

В ходе проверок, запрошенных FAA, дополнительных трещин обнаружено не было, и проблема теперь решена, по словам Сикорского. «Причина была выявлена ​​в производственном процессе, и были приняты корректирующие меры», — сказал представитель AIN .

В 2011 году, после серии модернизаций, Sikorsky объявила о разработке главного редуктора «следующего поколения». Говорят, что он оснащен автоматическим переключателем байпаса масляного радиатора, масляным фильтром с одной складкой и повышенной долговечностью с избыточной продувкой. Также должна была быть добавлена ​​система аварийной смазки.

«График разработки таков, что испытания должны начаться в 2013 году с внедрением в производственную линию после успешного тестирования и первоначальных полевых работ», — заявил представитель в прошлом месяце.Новый дизайн рассчитан на запланированный рост веса и мощности. Он также будет соответствовать существующим самолетам.

Производители смотрят на новые подходы

Подход AgustaWestland к смазке главного редуктора заключается в разработке интегральных, независимых и резервных систем внутри самого главного редуктора, чтобы снизить вероятность отказа, по словам Джузеппе Гаспарини, руководителя отдела проектирования и разработки систем трансмиссии компании.

«Несколько десятков лет разработок и опыта эксплуатации показали, что в системе смазки главного редуктора есть слабые места, которые могут привести к быстрой и полной потере масла: в основном это маслопроводы и фитинги, соединяющие охладители, фильтры и другие компоненты самой системы смазки», — сказал Гаспарини.«Именно по этой причине в течение многих лет главные редукторы AgustaWestland разрабатывались таким образом, чтобы исключить использование каких-либо внешних труб и фитингов. Это непросто, потому что фильтр, охладитель, вентилятор и т. д. должны быть полностью интегрированы в отливки главного редуктора, а все трубы заменены проходными отверстиями в отливках, но это представляет собой значительное улучшение по сравнению с обычными конструкциями, в снижение вероятности фактической большой утечки масла».

Гаспарини сказал, что AgustaWestland принимает другие меры для обеспечения надежности своих главных редукторов, включая защиту любой крышки, подвергающейся воздействию давления масла, например, головки фильтра, с помощью нескольких крепежных элементов и эксплуатационные испытания на предмет потери по крайней мере одного крепежного элемента.Он также отметил, что главные редукторы AgustaWestland имеют двойные смазочные насосы, работающие параллельно. «Если один выходит из строя или заклинивает по какой-либо причине, он автоматически отключается, а оставшийся насос обеспечивает необходимое масло. Несмотря на то, что в этом случае отказа пилот получит предупреждение о низком давлении масла в главном редукторе, он сможет сразу же отличить его от полной потери масла в главном редукторе и сможет выполнить задание», — сказал Гаспарини. Он отметил, что главные редукторы AgustaWestland не имеют резервного/аварийного смазочного насоса «из-за дополнительного веса, сложности и риска скрытого отказа.

Eurocopter также применяет новую систему смазки на летном испытательном EC175 вместо той же, что и на EC225. Главный редуктор EC175 имеет два смазочных насоса — основной и аварийный, каждый из которых приводится в действие вращающимися частями, расположенными в разных частях редуктора. Эта архитектура гарантирует, что один единственный отказ не может затронуть оба насоса, утверждает компания.

Три крупных центра сертификации рассматривают возможность ужесточения правил, но это длительный процесс.После аварии Cougar EASA, FAA и Transport Canada создали совместную группу для «рассмотрения требований сертификации главного редуктора вертолета CS29/Part 29, которые влияют на потерю смазки редуктора». По словам представителя EASA, в отчете группы говорится, что изменения в правилах сертификации «могут оказать существенное влияние на конструкцию и стоимость будущих типов вертолетов». Поэтому команда рекомендует привлечь представителей вертолетной отрасли к такой нормотворческой задаче.Другими словами, пассажирам и экипажам придется долго ждать, пока новые правила улучшат их безопасность.

Боковая панель : «Тридцатиминутный прогон?»

Текущие сертификационные требования FAA, EASA и Transport Canada требуют, чтобы воздушное судно могло продолжать безопасный полет в течение не менее 30 минут после того, как экипаж обнаружил отказ системы смазки или потерю смазки. Это иногда называют «требованием 30-минутной работы всухую».

В этом регламенте есть положение для всех трех агентств, которое добавляет оговорку, «если только такие сбои [определены как] чрезвычайно отдаленные.Это было положение, в соответствии с которым Sikorsky S-92 был сертифицирован, и оно привлекло внимание защитников безопасности, таких как Канадский совет по безопасности на транспорте.

Компания Bell Helicopter уверена, что запатентованная технология главного редуктора как в ее легком двухцилиндровом вертолете 429, так и в разрабатываемом среднетяжелом двухцилиндровом вертолете 525 может соответствовать требованию 30-минутной работы всухую (без смазки) согласно FAR Part 29.

«У нас есть надежная функция работы всухую, и мы собираемся тестировать ее [на 525] до тех пор, пока она не выйдет из строя», — сказал Ларри Тиммеш, вице-президент Bell по коммерческим программам.«Он легко превзойдет требования, и мы много часов тестировали его на Bell 429. Это внутренняя конструкция, и в ней есть много разных аспектов, в том числе суперфинишная обработка шестерен и множество деталей в конструкции, которые дать ему эту возможность. В конструкции есть много деталей, которые предотвращают утечку масла из главного редуктора, но если из него все же произойдет утечка масла, он сможет безопасно продолжить полет до ближайшего пункта назначения», — сказал Тиммеш.

Тиммеш сказал, что испытания всухую в 429 «определенно превысили 30» минут работы всухую без отказа коробки передач.«Это одно из наших конкурентных преимуществ, одна из наших сильных сторон. При проектировании и производстве главного редуктора мы использовали лучшие отраслевые практики. Нас это не особо беспокоит», — сказал он.

Eurocopter сообщает, что в случае утечки масла EC175 может летать в течение 30 минут без смазки главного редуктора благодаря конструкции главного редуктора. Производитель заявил, что приобрел эту уверенность в результате испытаний системы, проведенных на земле.

Операторы Молчуны

Операторы не совсем разговорчивы после недавних сбоев.CHC «воодушевлен» усилиями Eurocopter. Bristow «поддерживает Eurocopter в его постоянных усилиях по разрешению этого вопроса». Представитель Бонда сообщил AIN , что «Eurocopter остается прочной частью стратегических планов Бонда на будущее; мы уверены, что Eurocopter делает все возможное». Находящиеся на земле EC225 составляют 18 процентов парка Бонда.

Джейк Моллой, региональный организатор профсоюза транспортников RMT, был более готов к разговору. Он сказал, что доверие «было серьезно подорвано» двумя вертолетами, которые бросили в 2012 году.Первоначально Моллой был недоволен реакцией Eurocopter. Но в ноябре «их усилия значительно улучшились, и сегодня я доволен процессом, через который они проходят», — сказал он позже.

Основы выбора коробки передач

Введение

Выбор коробки передач может быть довольно сложным. Клиенты могут выбирать из множества редукторов, способных удовлетворить различные требования. Неверное решение могло привести к покупке более дорогой коробки передач.В отрасли передачи энергии может потребоваться редуктор, который будет выдерживать радиальные нагрузки, в то время как в отрасли управления движением или сервоприводов может потребоваться редуктор, который будет обрабатывать динамическое движение.

Одна из первых проблемных областей при выборе размера возникает из-за выбора двигателя по сравнению с размером нагрузки. Подгонка под двигатель может быть проще и привести к работающей коробке передач, но это приведет к покупке коробки передач большего размера, чем необходимо. Этот редуктор также будет переквалифицирован для применения.Тем не менее, подбор размера по нагрузке гарантирует, что редуктор будет соответствовать применению и будет более рентабельным, а также потенциально меньшим по размеру.

Общие аспекты применения размеров:

Существует несколько аспектов подбора редуктора, применимых в любой ситуации. В этом разделе будут подробно описаны эти критерии и предложено понимание.

1.       Сервис-фактор
Перед определением размера приложения заказчик должен определить коэффициент обслуживания.Коэффициент обслуживания обычно может быть определен как требуемое приложением значение сверх номинального значения устройства. Коэффициент эксплуатации следует определять для таких условий, как неравномерная нагрузка, часы работы и повышенная температура окружающей среды.
Как можно интерпретировать фактор обслуживания? Коэффициент обслуживания, равный 1,0, означает, что устройство имеет достаточную мощность для работы с приложением. Недопустимы дополнительные требования, которые могут привести к перегреву или выходу из строя редуктора. Для большинства промышленных применений коэффициент обслуживания равен 1.4 достаточно. Этот эксплуатационный фактор означает, что редуктор может работать в 1,4 раза больше, чем требуется. Если приложение требует 1000 дюймов-фунтов, коробка передач должна быть рассчитана на 1400 дюймов-фунтов. Различные факторы будут влиять на то, сколько коэффициента обслуживания следует использовать в данном приложении. Изменения коэффициента обслуживания зависят от производителя. Пожалуйста, ознакомьтесь с техническими характеристиками производителя.

2.       Температура окружающей среды и окружающая среда
Более высокие температуры окружающей среды увеличивают внутреннее давление, что требует увеличения используемого коэффициента эксплуатации.Высокие или низкие температуры могут потребовать различных материалов уплотнения и вязкости смазки.

Среда, в которой будет работать редуктор, также является важным фактором при выборе размера. Неблагоприятные условия могут увеличить износ устройства. В пыльной или грязной среде часто требуется специальный материал для предотвращения коррозии или роста бактерий. Заводы по производству продуктов питания или напитков требуют специальных покрытий и масел, соответствующих требованиям FDA. В вакуумной среде потребуются специальные смазки и теплоотвод, так как не будет воздуха для охлаждения.Несоблюдение этих условий окружающей среды может привести к тому, что редуктор не сможет должным образом поддерживать данное приложение. Все эти аспекты необходимо учитывать при выборе редуктора.

3.       Ударная нагрузка или тип нагрузки
Высокие ударные или ударные нагрузки могут вызвать повышенный износ зубьев шестерни и подшипников вала. Этот износ может привести к преждевременному выходу из строя, если его не учесть при выборе размера. Эти нагрузки потребуют повышенного коэффициента эксплуатации.Равномерные нагрузки — это нагрузки, которые остаются постоянными во время приложения, в то время как неравномерные нагрузки изменяются во время приложения. Неравномерные нагрузки, даже если они небольшие, потребуют более высокого коэффициента эксплуатации, чем равномерные нагрузки. Примером равномерной нагрузки может служить конвейер, на котором перемещается постоянное количество продукта. Неравномерной нагрузкой может быть любое прерывистое резание. Эта прерывистая сила резания вызывает периодическое увеличение крутящего момента на редукторе, что является неравномерной нагрузкой.

4.       Тип или механизм вывода
Выходные механизмы включают звездочку, шкив или зубчатую шестерню, и это лишь некоторые из них. Различные конфигурации выходного вала, такие как двойной выходной вал или втулка на валу, снижают радиальную нагрузку, на которую рассчитан блок. Различные выходные механизмы добавляют разные нагрузки на вал, которые необходимо учитывать. Большинство механизмов вызывают высокую радиальную нагрузку, но такие вещи, как косозубая передача, также могут вызывать осевую нагрузку.Для этих выходных данных могут потребоваться другие подшипники, чтобы учесть повышенную радиальную или осевую нагрузку.

5.       Размер выходного вала или полого отверстия
При определении размера применения выходной вал и размер отверстия должны соответствовать требованиям заказчика. Они могут включать выход из нержавеющей стали на устройстве, а также наличие у него вала со шпонкой или без шпонки, полого отверстия со шпонкой или без шпонки или фланцевого выхода в сочетании с любым из предыдущих. Получение правильного размера отверстия на блоке может вынудить клиента приобрести коробку передач большего размера или коробку передач другого типа, чтобы соответствовать их текущему валу.В некоторых случаях клиент может модифицировать свой вал, чтобы использовать наиболее экономичный узел, обеспечивая при этом оптимальное решение.

6.       Варианты корпуса
Также важно при выборе редуктора учитывать, как он будет крепиться. Блок может иметь монтажные ножки, фланец на выходе или просто базовые резьбовые отверстия на одной или нескольких сторонах. Эти стили корпуса могут ограничивать способ монтажа устройства, поэтому наличие множества вариантов может предотвратить необходимость в специальных рамах или кронштейнах.Например, наличие резьбовых отверстий на нижней поверхности устройства избавит от необходимости устанавливать специальный L-образный кронштейн вокруг выхода.

Трансмиссия:
Некоторые элементы, влияющие на процесс калибровки, зависят от отрасли. Для отрасли передачи электроэнергии выходная частота вращения, мощность двигателя и размер рамы, а также радиальная нагрузка влияют на расчеты приложения.

  • Выходное число оборотов в минуту
    Заказчик должен определить передаточное отношение, необходимое для работы редуктора, или указать входную/выходную скорость и рабочий герц (Гц) для расчетов.Стандартом является входная скорость 1750 об/мин при частоте 60 Гц. Любые изменения должны быть указаны при определении размера, так как это изменит расчет коэффициента. Неучет изменений приведет к тому, что редуктор не будет соответствовать требованиям заказчика.
  • Мощность двигателя и типоразмер
    Перед расчетом эксплуатационного коэффициента необходимо определить размер редуктора и вариант ввода. После определения размера редуктора используйте требуемую мощность для расчета фактического коэффициента эксплуатации. Двигатели большой мощности выделяют тепло, которое может неблагоприятно повлиять на механические характеристики редуктора.Это пониженное значение, основанное на повышенном нагреве, известно как теплоемкость редуктора, и его необходимо учитывать при использовании больших двигателей.
  • Общая нагрузка на вал
    При выборе размера необходимо убедиться, что нагрузка не повредит редуктор. Усилие, измеряемое в фунтах, которое способен выдержать выходной вал, известно как номинальная радиальная нагрузка. Если рейтинг меньше, чем приложение, редуктор скорости будет поврежден.

Управление движением:
Для сервоприводов входная скорость, инерция, динамическое крутящее движение, удельные нагрузки на вал и диаметр вала двигателя влияют на процесс определения размеров.

  • Входная скорость
    Входная скорость не должна превышать номинальные параметры редуктора, иначе произойдет преждевременный износ уплотнения из-за повышенного давления. Входная скорость может быть случайно увеличена, если есть выходной механизм с коэффициентом, который не учитывается при определении размера, что является еще одной причиной, почему так важно указывать какие-либо выходные механизмы.
  • Инерция
    Несоответствие инерции менее 10:1 желательно для точного управления выходом.Это важно для получения высокой точности, необходимой для некоторых приложений. Размер и передаточное число редуктора являются основными факторами, влияющими на инерцию редуктора. Инженеры по управлению могут запросить меньшие несоответствия или даже конкретные суммы. Часто двигатель выбирают по его динамическим возможностям, а не по крутящему моменту. Обычно используется двигатель с гораздо большим крутящим моментом, чем необходимо для приложения, из-за повышенной инерции его ротора. Некоторые производители двигателей даже изготавливают двигатели специально для высокой или низкой инерции.Это позволяет лучше настроить приложение из-за меньшего несоответствия инерции. При этом важно ограничить выходной крутящий момент двигателя, чтобы предотвратить поломку редуктора.
  • Динамическое движение
    Циклическое движение может потребовать использования более высокого коэффициента обслуживания, чем непрерывное движение. Это связано с тем, что постоянные пуски и остановки вызывают дополнительный износ зубьев шестерен и уплотнений. Циклическое реверсирование, которое представляет собой постоянное движение вперед и назад между двумя точками, требует еще более высокого эксплуатационного коэффициента, чем циклическое или непрерывное.
  • Удельные нагрузки на вал
    Радиальные, осевые и моментные нагрузки на вал должны быть проверены на соответствие номинальным значениям агрегата. Невыполнение этого требования может привести к поломке вала или повреждению подшипников или зубьев шестерни. Как правило, к этим номинальным характеристикам применяется один и тот же эксплуатационный коэффициент для определения достаточно прочной коробки передач. Дополнительные типы подшипников могут увеличить эти номинальные значения, если они необходимы для конкретного применения.
  • Диаметр или длина вала двигателя
    Вал двигателя должен соответствовать устройству, а его длина должна быть достаточной для полного зацепления с муфтой.Без полного включения может произойти проскальзывание ввода. Хотя это не повлияет на требуемый эксплуатационный коэффициент, это важно учитывать, чтобы избежать проблем при монтаже двигателя. Некоторые производители имеют конструкцию с большим входом, позволяющую использовать редуктор с более крупным двигателем без увеличения размера устройства.

Заключение:
Чтобы найти наилучшее решение для редуктора, клиенты должны рассчитывать размер нагрузки. Это гарантирует, что они получат экономически эффективное решение, которое соответствует применению.Фактор эксплуатации, окружающая среда, температура окружающей среды, ударная нагрузка, тип выходного сигнала и часы работы — все это важные аспекты определения размеров. Чем больше информации предоставляет заказчик, тем точнее процесс определения размера. Это в конечном итоге приведет к решению, которое соответствует требованиям заказчика! Существует множество доступных программ расчета, которые могут помочь определить, какой редуктор наиболее подходит для вашего применения.

Неисправности коробки передач резко уменьшатся при обновлении мелких деталей, средства прогнозирования | События Рейтер

Связанные статьи

Повышенное внимание к эксплуатации и техническому обслуживанию ветряных электростанций (O&M) привело к резкому улучшению характеристик редуктора за последнее десятилетие.

По словам Хиддинга, за последние 10-15 лет количество отказов коробок передач

уменьшилось в десять раз благодаря достижениям в области дизайна, материалов, производства, сборки и эксплуатации.

Коробки передач с более высокими характеристиками привели к снижению пределов улучшения, но новые технологии и стратегии компонентов могут вдвое сократить количество отказов коробок передач «в течение двух или трех лет», сказал Хиддинг в интервью Wind Energy Update.

Этот прогноз основан на запланированных улучшениях методов производства и дальнейшем прогрессе в области эксплуатации и обслуживания редукторов, чему способствуют системы профилактического обслуживания и анализ вибрации.

По данным GCube, специалиста по страхованию возобновляемых источников энергии, редуктор составляет 13% от общей стоимости типичной наземной ветряной турбины.

«Ежегодно регистрируется около 1200 случаев отказа редуктора — один отказ на 145 турбин в год — обычно сумма страховых выплат составляет от 200 000 до 300 000 долларов, а в некоторых уникальных случаях — более 500 000 долларов», — говорится в отчете GCube, опубликованном в 2014 году.

Согласно сравнительному отчету WEU по оптимизации и надежности наземных активов за 2015 год, при необходимости замены редуктора простои установки могут длиться от нескольких дней до двух месяцев, в зависимости от наличия запчастей.

Движущиеся части

Улучшения

GE в отношении характеристик редукторов включают более эффективные компоненты, усовершенствование процессов производства и сборки, а также более устойчивые материалы.

На уровне компонентов GE исследует возможность использования технологии подшипников скольжения вместо роликовых подшипников, наиболее часто используемого типа. Другие производители, такие как датская Vestas, также использовали подшипники скольжения на действующих фермах для проверки их эффективности.

            Неисправные компоненты редукторов ветряных турбин

Источник: Сравнительный отчет WEU по оптимизации и надежности наземных активов за 2015 г.

GE ожидает снижения стоимости редукторов за счет использования подшипников скольжения, особенно при серийном производстве.

По словам производителя компонентов Winergy, подшипники скольжения обеспечивают «более высокую эффективность при меньших затратах», практически не изнашиваются и снижают уровень шума и вибрации.

Vestas провела испытания прототипа редуктора мощностью 2 МВт с подшипниками скольжения в турбине V90 в Швеции в 2013-2015 гг.

«После двух с половиной лет испытаний подшипники показали ожидаемые результаты. Они не изнашиваются в работе и на холостом ходу и работают на 100% надежно», — заявили в Winergy.

Winergy поставит дополнительные прототипы редукторов с подшипниками скольжения крупным фирмам в 2016-2017 годах, говорится в сообщении.

Хиддинг отметил, что оценки стоимости подшипников скольжения различаются, и они вряд ли полностью заменят роликовые подшипники из-за таких факторов, как более высокие потери эффективности в высокоскоростных валах. По его словам, сохранение роликовых подшипников в системах с косозубыми передачами может быть уместным, поскольку эти системы легче ремонтировать на высоте, чем планетарные передачи.

Тем не менее, по словам Хиддинга, даже использование подшипников скольжения в низкоскоростных планетарных передачах может снизить общее количество отказов редукторов на 25%.

Вероятно, потребуется еще два-три года, прежде чем подшипники скольжения появятся в коммерческих машинах, сказал он.

Тем временем GE совершенствует свои производственные технологии, чтобы свести к минимуму неисправности. Например, использование высокопрочных болтов в сочетании с закаленными шайбами ​​значительно снизило количество отказов соединений.

Закрытие прибыли

Компания GE также совершенствует свои процессы ковки, чтобы повысить чистоту материалов, используемых в коробках передач.

Снижение уровня включений, попавших в материалы редуктора, может снизить вероятность отказа в зонах с высокой нагрузкой и потенциально снизить общую частоту отказов на 10-15% по сравнению с сегодняшним днем, отметил Хиддинг.

Ряд других разработок, связанных с мониторингом рабочего состояния, обещают повысить производительность и надежность.

Одним из основных преимуществ технологий мониторинга состояния редуктора является возможность проведения ремонта вышестоящей башни, а не замены, сказал Шуангвен Шэн, старший инженер Национального центра ветровых технологий Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США.

«Основываясь на данных мониторинга состояния, анализ вибрации и обнаружение масляных загрязнений являются двумя популярными технологиями, принятыми в ветроэнергетике. Любой из этих анализов потенциально может помочь улучшить эксплуатационную готовность коробки передач».

Усовершенствованный мониторинг компонентов и анализ данных должны способствовать более широкому использованию прогнозирующих операций и моделей обслуживания.

Новый внешний вид

GE стремится увеличить производительность на 20% по сравнению со средней ветровой электростанцией в Северной Америке, используя систему моделирования под названием «Цифровая ветряная электростанция» для прогнозирования отказов и повышения производительности всех компонентов турбины, включая редукторы.

Система использует прогнозную аналитику Predix для преобразования данных в режиме реального времени — погоды, сообщений о компонентах, сервисных отчетов, производительности аналогичных моделей в автопарках GE — в модель прогнозирования с практическими данными.

Операторы энергетической отрасли теперь могут использовать датчики и аналитику больших данных для анализа ключевых показателей предприятия, таких как вибрации и температуры компонентов, и принимать соответствующие меры.

По словам Джастина Робинетта, специалиста по оценке рисков компании Renewable Energy Loss Adjusters, мониторинг вибрации — это «лучшая технология, которую я когда-либо видел, позволяющая выявлять повреждения до того, как они станут очевидными или заметными.

Более высокие затраты, связанные с вибрационной технологией, ограничивают ее использование в ветроэнергетике, сказал Робинетт, но технологические компании добиваются значительного прогресса в повышении рентабельности инвестиций.

Например, немецкая компания по производству электроники Bachmann на протяжении многих лет совершенствовала свою систему мониторинга вибрации, чтобы повысить ее ценность.

Bachmann поставляет системы автоматизации ветряных электростанций для SCADA и мониторинга состояния, а анализ вибрации сужен до 200 переменных по сравнению с 2000 переменными 10 лет назад.

Система может помочь предсказать отказы высокоскоростных компонентов турбины за 10-20 дней до их возникновения, в то время как отказы низкоскоростных компонентов можно предсказать за полтора года, по данным компании.

Более высокая прозрачность, обеспечиваемая системами прогнозирования, позволяет операторам планировать техническое обслуживание в зависимости от наличия ресурсов и ожидаемых уровней производительности.

Тем не менее, Алекс Пукакко, инженер-консультант Romax Technology, предупредил, что всегда будут пределы точности предсказаний отказов коробок передач.

«Учитывая параметры, которым подвержены приводные механизмы ветряных турбин, очень сложно установить конкретную дату возникновения неисправности», — сказал он.

Джейсон Дейн

 

Датчик металлического мусора обеспечивает простой и эффективный мониторинг состояния редуктора

Райан Брюэр, Вице-президент по разработкам, Poseidon Systems

Эффективность стратегии мониторинга состояния активов зависит от используемых инструментов. К сожалению, несмотря на то, что такие инструменты, как мониторинг вибрации, осмотр с помощью бороскопа и автономный анализ масла, предоставляют ценную информацию, они по-прежнему имеют значительный процент ошибочных обнаружений, которые можно устранить с помощью простого и экономичного инструмента — мониторинга металлического мусора.

Мониторинг металлического мусора

Монитор металлического мусора Poseidon использует серию индуктивных катушек для создания магнитного поля в отверстии датчика. Металлические частицы, проходящие через отверстие, вызывают измеримое возмущение поля, пропорциональное размеру частиц. Тип частиц определяется на основе измеренного отношения изменения сопротивления к изменению индуктивности.

Монитор металлического износа определяет присутствие частиц черных и цветных металлов в смазке редуктора.Путем подсчета и определения размера каждой частицы, проходящей через датчик, технология может обнаружить неисправный компонент редуктора и оценить серьезность неисправности. Темпы внедрения этой технологии растут, поскольку она обеспечивает раннее предупреждение о неисправностях, пропущенных при плановом техническом обслуживании, осмотрах с помощью бороскопа и мониторинге вибрации. Причина, по которой мониторинг металлического мусора настолько эффективен, заключается в том, что он обеспечивает прямое измерение ущерба путем обнаружения металлических частиц, образующихся при формировании и распространении неисправности.

Продукты Poseidon Systems

для мониторинга продуктов износа были разработаны для ветроэнергетики. Чтобы удовлетворить свои потребности, серия Trident DM отличается лучшей в своем классе чувствительностью обнаружения, установкой менее 30 минут и гибкими вариантами установки, связи и анализа данных. Высокая чувствительность устройства и информационный набор данных обеспечивают значительное преимущество по сравнению с конкурирующими технологиями, позволяя максимально раннее предупреждение о возникновении неисправности и более точные оценки серьезности.

Оценка состояния объекта

Poseidon’s Site Health Assessment — это недорогой вариант для операторов, который может развернуть мониторы мусора на площадке на ограниченный период времени и получить подробную оценку состояния редуктора. Менее чем за 100 долларов США за турбину в месяц Poseidon предоставляет все сенсорное и коммуникационное оборудование, онлайн-портал данных, услуги отчетности и консультации. После развертывания генерируются оповещения в режиме реального времени, чтобы уведомить сайт о проблемах, а также ежемесячные отчеты от инженеров Poseidon.Эти отчеты позволяют оператору сосредоточить последующие проверки и техническое обслуживание на проблемных турбинах и исключить ненужные подъемы и затраты на бороскопию.

Повышенный уровень износа, обнаруженный на турбинах 9 и 10, указывает на наличие серьезной неисправности. И наоборот, турбина 19 работает, но не образует мусора, что указывает на неисправность системы байпасной фильтрации. Эта информация позволяет бригадам по эксплуатации и техническому обслуживанию сосредоточить свое время и усилия на турбинах, которые в них больше всего нуждаются.

В этом примере оценки состояния объекта после одного месяца мониторинга три турбины были определены как проблемные.Проверки выявили две турбины со значительными повреждениями подшипников планетарной ступени и одну турбину с неисправной системой байпасной фильтрации. В результате гарантийные претензии, вытекающие из этих обнаружений, позволили сайту сэкономить более 400 000 долларов США.

 

Лучшее использование: долгосрочное развертывание

Оценка работоспособности площадки обеспечивает моментальный снимок состояния редуктора и может обнаруживать неисправности, которые могут быть пропущены другими методами мониторинга и проверки, но лучше всего использовать мониторы износа и мусора в долгосрочной перспективе.Используя мониторы износа и мусора на протяжении всего срока службы турбины, операторы могут обнаруживать неисправности на самых ранних стадиях и уменьшать вторичные повреждения.

Образование износа не является устойчивым и предсказуемым процессом. Это происходит вспышками, часто связанными с событиями запуска и остановки. По этой причине маловероятно, что автономный анализ масла даст какую-либо значимую корреляцию с исправностью коробки передач. Однако долгосрочный онлайн-мониторинг позволяет оператору наблюдать кумулятивный эффект этих событий износа.Наблюдая за всем суммированием, например, в сопутствующей гистограмме, влияния этих событий с течением времени, оператор может получить оценку размера неисправности для руководства осмотрами и техническим обслуживанием.

Обнаружение неисправности планетарной передачи

Обнаружение неисправностей в планетарной секции особенно сложно для систем мониторинга вибрации из-за ее сложной конструкции и медленных переменных скоростей. Инспекции с помощью бороскопа подвержены пропущенным обнаружениям из-за большого количества компонентов и тесных зазоров.Напротив, датчики металлического мусора превосходно обеспечивают обнаружение планетарных повреждений.

Ускоряющийся износ вышедшей из строя турбины в мг/л (синий) показан в сравнении с выходной мощностью турбины (зеленый). На фотографиях обойм подшипников коробки передач видно, что степень повреждения соответствует скорости износа, обнаруженной датчиком Poseidon.

В приведенном выше примере показаны данные о металлическом мусоре за последние шесть месяцев на турбине, которая в конечном итоге была выведена из эксплуатации.Поскольку место неисправности определить не удалось, оператор решил использовать данные датчика износа и мусора, чтобы максимально увеличить срок службы редуктора до возможной замены. Осмотр с разборкой выявил осевые сквозные трещины на двух из трех подшипников сателлитов, расположенных против потока, а также значительные потери материала.

Оставить ответ