Jakub WILK 149500 Wrocław 28.04.2009

Podstawy i Algorytmy Przetwarzania Sygnałów

Ćwiczenie 5: Analiza drgań obrabiarki

Prowadzący:

Dr inż. Andrzej Roszkowski

1. Cel i zakres ćwiczenia

Przedmiotem badań w ćwiczeniu była tokarka. W trakcie laboratoriów badano przyspieszenia drgań obrabiarki, dwoma czujnikami piezoelektrycznymi. Czujniki podłączone były do karty pomiarowej, karta zaś do laboratoryjnego komputera. Tokarka pracowała bez narzędzia ani przedmiotu, rolę obciążenia pełnił hamulec indukcyjny, połączony z wrzecionem. Wykonano trzy pomiary: Bez hamowania, z częściowym hamowaniem oraz z pełnym hamowaniem. Celem pomiaru było odnalezienie częstotliwości, które odpowiadają drganiom elementów maszyny.

Czas pomiarów: 20 sek

Częstotliwość próbkowania: 102400 próbek/sekundę

2. Stanowisko pomiarowe

3. Wyniki i analiza

Analizując schemat kinematyczny tokarki oraz znając prędkość wrzeciona, można określić częstotliwości, których możemy się spodziewać na widmie.

Częstotliwości wynikające z obrotu wałów: 9,9 Hz, 16,8 Hz, 19,4 Hz, 25 Hz

Częstotliwości wynikające ze zużycia zębów: 346,5 Hz, 435,6 Hz, 476,8 Hz, 621.6 Hz, 950 Hz

Przyczyną dla której na widmie pojawiają się te częstotliwości, jest zużycie się elementów tocznych, niewyważenie części ruchomych, zużycie zębów przekładni zębatych.

Po zdecymowaniu sygnału, wykonano na kolejnych kolumnach transformatę Fouriera w celu wyznaczenia widma amplitudowo częstotliwościowego.

Wykresy zgrupowano dla obu czujników. Wersje A4 wykresów w załącznikach.

4. Wnioski

Na wykresie pojawia się większość częstotliwości, których się spodziewano. Znajduje się też kilka peaków, których nie przewidziano, stąd wniosek, że nie wzięto pod uwagę wszystkich elementów generujących drgania. Wraz z hamowaniem liczba peaków zmniejsza się oraz częstotliwości generowane przez części maszyny nieznacznie się obniżają. Związane jest to z obniżeniem prędkości ruchu wałów i kół zębatych.

Odczytane częstotliwości:

Czujnik 0: 275Hz, 386Hz, 425Hz

Czujnik 1: 118Hz, 275Hz, 386Hz, 425Hz, 435,5Hz, 548Hz, 747Hz, 813Hz, 895Hz, 935Hz, 995Hz

Analiza widma drgań, może być skutecznym narzędziem diagnostycznym, pod warunkiem, że dysponujemy badaniami widma dla wzorcowej maszyny. Analiza zmian częstotliwości drgań generowanych przez maszynę oraz amplitud tych częstotliwości, może służyć do oceny zużycia elementów roboczych oraz ogólnego stanu technicznego obrabiarki.

5. Załączniki

Listing programów z Matlaba:

a) Program przygotowawczy (Decymacja)

clear all;

plik1 = load('hamowanie1.txt');

len = length(plik1);

k11 = plik1(:,1);

k12 = plik1(:,2);

k11d = deci(k11,len,50);

k12d = deci(k12,len,50);

k11d=k11d(:);

k12d=k12d(:);

plik1d(:,1)=k11d;

plik1d(:,2)=k12d;

save 'hamowanie1d.txt' plik1d -ASCII;

clear all;

plik2 = load('hamowanie2.txt');

len = length(plik2);

k21 = plik2(:,1);

k22 = plik2(:,2);

k21d = deci(k21,len,50);

k22d = deci(k22,len,50);

k21d=k21d(:);

k22d=k22d(:);

plik2d(:,1)=k21d;

plik2d(:,2)=k22d;

save 'hamowanie2d.txt' plik2d -ASCII;

b)Program obróbkowy

clear all;

plik0 = load('hamowanie0d.txt');

plik1 = load('hamowanie1d.txt');

plik2 = load('hamowanie2d.txt');

k01 = plik0(:,1);

k02 = plik0(:,2);

k11 = plik1(:,1);

k12 = plik1(:,2);

k21 = plik2(:,1);

k22 = plik2(:,2);

len = length(k01);

dt = linspace(0,102400/50,len);

dft01 = abs(fft(k01));

dft02 = abs(fft(k02));

dft11 = abs(fft(k11));

dft12 = abs(fft(k12));

dft21 = abs(fft(k21));

dft22 = abs(fft(k22));

subplot(3,1,1);plot(dt,dft01);title 'Bez Hamowania';xlabel 'Frequency[Hz]',ylabel 'Magnitude[-]';

subplot(3,1,2);plot(dt,dft11);title 'Czesciowe Hamowanie';xlabel 'Frequency[Hz]',ylabel 'Magnitude[-]';

subplot(3,1,3);plot(dt,dft21);title 'Pelne hamowanie';xlabel 'Frequency[Hz]',ylabel 'Magnitude[-]';

figure(2); title 'Czujnik nr 2'

subplot(3,1,1);plot(dt,dft02);title 'Bez Hamowania';xlabel 'Frequency[Hz]',ylabel 'Magnitude[-]';

subplot(3,1,2);plot(dt,dft12);title 'Czesciowe Hamowanie';xlabel 'Frequency[Hz]',ylabel 'Magnitude[-]';

subplot(3,1,3);plot(dt,dft22);title 'Pelne Hamowanie';xlabel 'Frequency[Hz]',ylabel 'Magnitude[-]';

---