Modulárne (stavebnicové) konštrukcie výrobných strojov sa vzhľadom na požiadavky trhu v súčasnej dobe javia ako žiadaný kompromis medzi univerzálnymi a jednoúčelovými konštrukciami. Pri porovnávaní vlastností modulárnych a konvenčných systémov vystupujú pri výrobných strojoch do popredia dynamické charakteristiky mechanickej časti stroja.
Existuje množstvo metód a nástrojov na posudzovanie týchto vlastností. Jednou z nich je frekvenčná analýza. Na uskutočnenie takejto analýzy bol použitý systém Adash 4101, ktorým bolo posudzované a čiastočne optimalizované modulárne CNC obrábacie centrum triedy „hobby“.
Použitá technika a spôsob merania
Modulárny stroj (malé CNC obrábacie centrum) bol meraný pomocou prístroja Adash 4101, obr. 1. Prístroj je použiteľný najmä v týchto aplikáciách:
►►diagnostika ložísk, mazanie a mechanické poruchy strojov – nevyváženosť, nesúosovosť,
►►diagnostika ventilátorov, čerpadiel, prevodoviek, motorov, turbín, obrábacích a iných strojov,
►►diagnostika pomalobežných strojov – dopravníkov a podobne.
Prístroj pracuje na princípe snímania vibrácií daného stroja, resp. meracieho miesta na stroji a analýzou nameraného signálu pomocou príslušného softvéru. Nameraný signál možno vyhodnocovať dvoma spôsobmi – širokopásmovou alebo frekvenčnou analýzou.
Použitie frekvenčnej analýzy je výhodnejšie pre jej vyššiu presnosť a spoľahlivosť. Miestom merania bolo vreteno sústruhu, obr. 2. Sonda bola upevnená pomocou magnetu v kolmom smere k podstave. Pri tomto type merania je najlepšie merať priamo pri zdroji. Čím bližšie k zdroju, tým je nameraný signál čistejší, lebo nie je ovplyvňovaný rôznymi rušivými signálmi. Rušivé signály spôsobujú rôzne prechody, ktoré stoja v ceste k zdroju. Vibrovanie sprevádza kmitanie, ktoré je viac-menej tlmené a čím ďalej od zdroja, tým je signál slabší. Dôležité je aj to, aby sa merania robili za rovnakých podmienok, t. j.:
►►rovnaký prístroj a príslušenstvo
►►rovnaké meracie miesto
►►rovnaké podmienky (otáčky, teplota okolia, teplota stroja a pod.)
Výsledky prvého merania
Prvé meranie sa uskutočnilo pri teplote okolia 26 °C a teplota stroja bola 28 °C. Otáčky vretena boli 2 500 ot./min. obr. 3.
 |
 |
Frekvenčná analýza signálu prvého merania je zobrazená na obr. 4, kde je čitateľná špička preťaženia pri frekvencii 3 200 a 5 600 Hz a hodnota g je 0,021. Tieto hodnoty nie sú v oblasti otáčkovej frekvencie. Túto anomáliu mohlo spôsobiť zlé ukotvenie stroja, zle navrhnutá koncepcia stroja, uvoľnené časti a podobne. Vyššie harmonické zložky sú zvýraznené červenými zvislými čiarami.
Výsledky druhého merania
Druhé meranie sa robilo za rovnakých prevádzkových podmienok (otáčky a teplota). Zmena nastala vo zvýšení tuhosti ukotvenia stroja k podložke, utiahnutia skutkových spojov na stroji a zmenou koncepcie stavby obrábacieho centra s predpokladom vyššej tuhosti. Časový záznam nameraného signálu vypovedá o zlepšení. Hodnoty preťaženia g sú nižšie ako v predchádzajúcom meraní. Maximálna výchylka je 0,014 oproti 0,021, obr. 3.
Z frekvenčnej analýzy signálu druhého merania na obr. 4 sa dá vyčítať, že hodnota g v oblasti prvej špičky preťaženia v prvom meraní (3 200 Hz) výrazne klesla. Spôsobilo to tuhšie spojenie stroja s podložkou a vylepšené usporiadanie modulov. Na druhej strane vidieť amplitúdu v oblasti 8 000 Hz. Táto oblasť poukazuje na zhoršený stav v okolí ložiska alebo priamo v ložisku. Ďalšie výchylky sú spôsobené vplyvom remeňového prevodu medzi pohonom a vretenom. Pre malé rozmery pohonu vretena nemožno presne určiť, či ide o ložisko, prevod či o chybu hriadeľov. Na bližšie určenie by bolo treba viesť trendový záznam počas určitého obdobia a pohon pripevniť k dokonale tuhému rámu. Pri vyhodnocovaní možno použiť tzv. kaskádové zobrazenie na obr. 5., slúžiace pri vyhodnocovaní trendovej analýzy.
Predložený článok je príspevkom k riešeniu úlohy APVV: Reg 00169-0001 Komplexný modulárny robotický systém strednej kategórie s vyššou inteligenciou.
Literatúra
Stejskal, T.: Meranie zmeny vibrácií vplyvom štrukturálnych zmien. In: DIS 2007. Košice: SjF TU, 2007, 7 s. ISBN 9788080738723
Svetlík, J., Kreheľ, R., Dobránsky, J.: Možnosti stanovenia technického stavu ložísk v robotických zariadeniach pomocou vibrodiagnostického systému. In: Acta Mechanica Slovaca. Roč. 13, č. 2-A (2009), s. 219 – 224. ISSN 1335-2393.
Stejskal. T., Valenčík, Š.: Technická diagnostika, 1. vyd. – Košice: SjF TU, 2009. 215 s. ISBN 978-80-553-0313-0
TEXT/FOTO: Ing. Jozef Svetlík, PhD., Ing. Rastislav Hudák KVTaR, Strojnícka fakulta Technickej Univerzity v Košiciach
