8

По предложенной методике были проведены расчетыи анализ цик-ловой производительности ротора розлива водки в бутылки объемом V = 0,2 л (диаметрбутылкиDбут= 49 мм). Минимальный шаг ротора h = 0,202 м . При расчете времени розлива приняли μ1 = 1,8; Н1 = 0,3 м; Rо= 8,2·10-3 м.

Врезультатепроведенных расчетовбыло выявлено, что у рассмат-риваемого ротора розлива есть резерв повышения цикловой производи-тельности на 10 % (с46 до 51 шт./мин).

Предложенная инженерная методика расчета и анализа производи-тельности ротора розлива может быть использована как на стадии проек-тирования новых конструкций роторов, так и для выявления резервов по-вышения производительности при их модернизации.

Библиографический список

1. Прейс В.В. Проектирование машин и аппаратов пищевых и пере-рабатывающих производств: учеб. пособие / В.В. Прейс. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. – 156 с.

2. Клусов И.А. Проектирование роторных машин и линий / И.А. Клусов. – М.: Машиностроение, 1990. – 320 с.

Получено 17.01.08.

УДК 681.518.2Г.Б. Куликов (Москва, МГУП)

МЕТОДИКА ДИАГНОСТИКИ ИЗНОСА ПАЗОВЫХ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

На примере механизма привода качающегося стола ниткошвейного автомата БНШ-6 показана возможность диагностирования технического состояния элементов привода полиграфических машин методами виброакустической диагностики с исполь-зованием искусственных нейронных сетей. На основании проведенных исследований предложена методика безразборной диагностики пазовых кулачковых механизмов по-лиграфических машин и даны рекомендации ее применению.

Кулачковые механизмы широко используются в полиграфическом оборудовании, их номенклатура насчитывает более 500 типоразмеров. Особую роль эти механизмы играют в ниткошвейных автоматах, так как от их состояния зависит качество выпускаемой продукции [1 - 3].

9

В качестве объекта исследования принята ниткошвейная машина БНШ-6, широко распространенная на полиграфических предприятиях. В приводе машины установлено девять кулачковых механизмов. Наиболее ответственным является механизм привода качающегося стола, так как точность его работы определяет основной показатель качества шитья бло-ка ― расположение стежка относительно линии сгиба тетради.

Особенностью кулачковых механизмов является жесткий кинема-тический цикл работы, определяющий последовательность контакта кине-матических пар. Вибрация таких механизмов представляет собой последо-вательность импульсов, которые характеризуются значительной амплиту-дой, малой длительностью и высокочастотным заполнением. В качестве возмущающих сил выступают ударные и инерционные нагрузки, обуслов-ленные законом периодического движения, погрешностью профиля кулач-ка и колебанием технологической нагрузки.

Причинами возникновения «жестких» ударов в кулачковых меха-низмах могут служить: ЗПД, имеющий разрыв в графике скорости; по-грешности профиля, способные вызвать удар; недостаточное усилие пру-жины при силовом замыкании [2, 3].

Помимо «жестких» ударов в кулачковых механизмах в зависимости от выбранного закона движения могут быть так называемые «мягкие» уда-ры, когда ЗПД имеют точки с конечными разрывами в графике ускорений. Эти законы вызывают мгновенные изменения ускорения ведомого звена, что приводит к ударам в подшипниках и в соединениях с люфтами. Таким законом, например, описывается профиль кулачка, составленный из дуг окружности. Кривизна профиля кулачка при этом изменяется скачкообраз-но. Соответственно ускорение ведомого звена, а следовательно, и его сила инерции также изменяются скачкообразно.

Для оценки влияния отклонения профиля кулачка на его виброак-тивность можно воспользоваться зависимостью, предложенной В.Ф. Красниковым для определения дополнительного ускорения ведомого звена вследствие наличия погрешностей действительного профиля [1]:

,tgtg])SR(a3[Rcosa 1cos

Vn

2o

NVsinP3

Va

3

2k

k2k

2

где oR — радиус начальной окружности кулачка;NR — ошибка радиус–вектора профиля кулака;

S — высота подъема толкателя;— угол подъема профиля кулака;

kV — линейная скорость кулака;a — ускорение ведомого звена;

dtda

dtVdP 2

2— пульс, или производная от ускорения по времени;

— угловая скорость кулака;

10

n — ошибка угла подъема профиля кулака; — ошибка радиуса кривизны профиля.

Доля первого слагаемого составляет 1–2 % от полной величины a .Второе слагаемое, отражающеевклад погрешности угла давления, вносит 4 – 5 % в a . Третье слагаемое, характеризующее форму погрешности профиля , вносит более 94 % в a .

Таким образом, основным фактором, вызывающим дополнительное ускорение ведомого звена, а следовательно, и повышение уровня вибра-ций, является ошибка кривизны действительного профиля. Так как в про-цессе эксплуатации профиль изнашивается неравномерно, это вызывает еще большую динамическую нагрузку на механизм. В пазовых кулачковых механизмах к износу профиля добавляется износ ролика, поэтому оцени-вать приходится величину зазора в паре кулачок - ролик.

Для оценки влияния износа пары кулачок - ролик на виброактив-ность механизма на кафедре печатного и послепечатного оборудования МГУП на базе ниткошвейного автомата БНШ-6 был изготовлен экспери-ментальный макет. Макет представляет собой механизм привода качающе-гося стола, механизм проколок и станину с электродвигателем. Остальные механизмы для снижения помех были удалены.

Качающийся стол машины БНШ-6 приводится в движение парой пазовых кулачков (рис. 1). Кулачки имеют технологические зазоры, необ-ходимые для качения ролика толкателя по пазу. Эти зазоры в процессе эксплуатации машины увеличиваются вследствие износа профиля кулачка и ролика.

а бРис. 1. Механизм качающегося стола

а — кинематическая схема; б — место установки датчика

Для исследования влияния износа пары кулак - ролик на виброак-тивность механизма было изготовлено 8 пар роликов с диаметрами, начи-наяот номинального 50,0 мм и далее по убывающей до 49,36 мм. Реальная

11

величина зазора с номинальным роликом диаметром 50,00 мм составляет 0,03 – 0,04 мм.

Ролики попарно устанавливались на макет, и затем на скорости82цикла/мин с датчика, расположенного на толкателе качающегося стола,снимался сигнал виброускорения, оцифровывался с помощью АЦП и запи-сывался на жесткий диск персонального компьютера.

Для каждой из восьми пар роликов была сделана сорок одна запись виброускорения, включающая два оборота кулачка. Оцифровка произво-дилась на внешнем АЦП LA-20 USB с частотой дискретизации 41 кГц, сигнал на выходе АЦП измерялсяв мВ. Затем из каждой реализации был выделен один цикл работы кулака, включающий около 30000 отсчетов. Дальнейшая обработка производилась с помощью программ Statistica и MathCAD.

Очевидно, что с увеличением зазора в паре кулачок- ролик ампли-туда виброускорения резко возрастает.

Были полученыспектры виброускорения одного цикла работы ку-лачкового механизма с роликами диаметром от 50,00 до 49,36 мм. По-скольку амплитуды спектральных составляющих изменяются от 12 мВ на низких частотах до 0,005 мВ в области высоких частот, представить весь спектр в диапазоне 0 – 20 кГц на одном графике не представляется воз-можным.

Полученные спектры вибраций содержат ряд ярко выраженных час-тот, на которых хорошо заметна тенденция к увеличению амплитуды резо-нансных пиков по мере уменьшения диаметра ролика, т.е. данные частоты являются информационными. Статистическая обработка полученных спек-тров позволила выявить частоты, на которых наблюдается стабильное увели-чение амплитуды в зависимости от увеличения зазора в паре кулачок - ролик.

Для всех потенциальных информационных частот были рассчитаны регрессионные модели и доверительные интервалы.

В результате в спектре виброускорения кулачкового механизма бы-ло выделено 14 информационных частот, стабильно присутствующих в спектрах всех экспериментальных роликов: 3,75, 6,26, 8,75, 12,5, 98,5, 249, 289, 2437, 4876, 7165, 9600, 12050, 14450, 16900 Гц.

На всех информационных частотах зависимость диагностического параметра (амплитуды спектральных составляющих) от структурного (технологического зазора в паре кулачок - ролик) однозначна, т.е. при уве-личении зазора соответственно увеличивается амплитуда. Кроме того, на всех выделенных информационных частотах эта зависимость близка к ли-нейной. Фактические значения экспериментальных данных на всех ин-формационных частотах лежат в пределах доверительного интервала. Из вышесказанного можно сделать вывод, что выбранные диагностические признаки являются информативными и могут быть использованы как для оценки текущего состояния диагностируемых кулачковых механизмов, так и для прогноза развивающихся дефектов.

12

Так как в спектре вибраций кулачкового механизма присутствуют гармонические составляющие, определяемые циклограммой и законом пе-риодического движения, их значения должны зависеть от скорости работы машины. Перекладка зазоров происходит в моменты перехода механизма от выстоя к движению, а также при изменении знака ускорения. В соответст-вии с циклограммой, были рассчитаны частоты следования импульсов от перекладки зазоров на разных скоростях работы машины, и проведены со-ответствующие эксперименты. Получены частоты 3,75, 6,26, 8,75 и 12,5 Гц.Следовательно, при проведении диагностики в производственных услови-ях значения этих частот должны корректироваться исходя из текущей ско-рости машины.

Далее были определены собственные частоты рычага и ролика. Для этого они возбуждались короткими ударными импульсами и записывались спектры виброускорений. Анализ диаграмм позволяет сделать выводы, что частоты 98,5, 249, 289, 2437, 4876, 7165 Гц являются собственными часто-тами рычагов, а частоты 9600, 12050, 14450, 16900 Гц ― собственными частотами ролика. В спектрах, полученных на разных скоростях работы макета, эти частоты оставались неизменными.

В заключение были проведены эксперименты по исследованию влияния зазора в кулачковом механизме привода качающегося стола на ка-чество шитья. Для этого экспериментальные ролики попарно устанавлива-лись в ниткошвейный автомат БНШ-6, и с каждой парой роликов было сшито по 20 тетрадей. Оценивалась величина смещения стежка относи-тельно линии фальца.

В результате было выделено три категории качества шитья: - хорошее (с использованием роликов диаметром 50,00 и 49,92 мм) -

смещение проколов относительно линии корешка в пределах допуска;- среднее (с использованием роликов диаметром 49,86, 49,67 и 49,55

мм) - смещение проколов относительно линии корешка может немного вы-ходить за пределы допуска;

- плохое (с использованием роликов диаметром 49,50, 49, 45 и 49,36 мм). В этом случае из-за сильного смещения швейных инструментов про-исходят их поломки и добиться приемлемого качества шитья без снижения скорости работы машины невозможно.

Предлагаемая методика диагностирования основана на теории рас-познавания образов, а в качестве инструмента распознавания использова-ны искусственные нейронные сети (ИНС).

При разработке методики использовалось два типа диагностических признаков: полученные ранее амплитуды пиковых значений информаци-онных частот спектра виброускорения кулачкового механизма в диапазоне 0 – 18 кГц, и номинальная переменная «Качество шитья». Из 41 спектра виброускорения каждого ролика были выделены максимальные значения амплитуд спектральных составляющих и сформированы обучающая, тес-

13

товая и контрольная выборки. Далее в программе Statistica Neural Networks формировались нейросети. Всего было сформировано 5 сетей классифика-ции и ансамбль.

Основной характеристикой, определяющей структуру полученной сети, является ее профиль, определяемый типом, числом входных и вы-ходных переменных, числом слоев и элементов (сетей) или компонент (ан-самблей). В нашем случае использовались сети следующих типов:

МП Многослойный персептронЛинейная Линейная сетьРБФ Радиальная базисная функция

Эффективность работы сети определяется ее производительностью на обучающей, контрольной и тестовой выборках соответственно. Наи-лучшими показателями обладает сеть на основе многослойного персептро-на, она позволяет получить 100 %-ный результат распознавания на четы-рех роликах. Формирование ансамбля не улучшило качество распознава-ния. Очевидно, что ансамбли следует формировать только из тех сетей, ко-торые показывают наилучший результат. Ранжирование используемых пе-ременных производится на основе анализа их чувствительности. Чувстви-тельность характеризует отношение ошибки с заменой каждой переменной процедурой пропущенных данных к исходной ошибке. Если отношение меньше либо равно 1, отключение переменной не влияет на качество рабо-ты сети.

Когда чувствительности подсчитаны для всех переменных, они ранжируются, располагаясь в ряд по мере убывания значимости. В резуль-тате ранжирования всех входных переменных сети номинальная перемен-ная «Качество шитья» вышла по значимости на первое место, а на втором для всех сетей оказалась резонансная частота ролика 12050 Гц.

Так как диагностические признаки, обладающие рангом с 11-го по 15-й, не влияют на качество распознавания, то можно их из рассмотрения исключить как незначимые. Это частоты 98, 249, 2437, 7165 и 16900 Гц. Была сформирована соответствующая сеть, результаты распознавания представлены в таблице.

Результаты распознавания сетью МП 10:12-12-7:1Диаметр ролика 50,00 49,92 49,86 49,67 49,55 49,50 49,36

Процентрезультатов

100,000 100,000 100,000 90,2439 100,000 100,000 100,000

Из табл. 1 видно, что исключение параметров, не дающих полезной информации, позволяет существенно улучшить результаты распознавания, а также сократить объем необходимых вычислений.

14

Таким образом, использование нейросетевой технологии для диаг-ностикипазовых кулачков полиграфических машин показало свою высо-кую эффективность. Несмотря на то что, этот метод требует большого объема предварительных исследований, обучения сети, определенной тех-нологии подготовки данных, нейронную сеть можно в дальнейшем много-кратно использовать для выполнения диагноза на основе новых данных. Можно также смело предположить, что эта методика будет столь же эф-фективна и при диагностике других элементов и механизмов полиграфиче-ских машин. В дальнейшем планируется продолжение работ в данном на-правлении.

Несомненным преимуществом предлагаемого метода является воз-можность использования номинальных переменных, что позволяет приме-нять в целях технической диагностики качественные показатели работы полиграфического оборудования и даже субъективное мнение обслужи-вающего персонала, результаты опроса экспертов и т.д. (необходимо лишь разработать соответствующие опросные листы и анкеты).

Современное автоматизированное полиграфическое оборудование оснащается встроенными системами функциональной диагностики, обеспе-чивающими не только контроль за ходом технологического процесса, но и позволяющими контролировать отказы электронного оборудования и отказы механических систем (в том числе эксплуатационные). Ведущие производи-тели печатного оборудования, такие как «Heidelberg», «MAN Roland», «KBA», «Komori», «Kolbus» оснащают выпускаемое оборудование специ-альными системами для сбора, обработки и анализа данных о работе маши-ны, в том числе по техническому обслуживанию и отказам. Вся информация выводится на пульт управления машиной. Однако эти системы не предназна-чены для контроля технического состояния и износа оборудования.

Использование нейросетевых технологий дает возможность допол-нить эти системы модулями контроля физического износа оборудования, что, несомненно, приведет к повышению качества выпускаемой продукции и снижению затрат на обслуживание.

На основании проделанной работы можно предложить следующий алгоритм построения диагностических систем с использованием ИНС:

1.Разбиение множества состояний объекта на классы (составление алфавита классов).

2.Выбор пространства признаков и описание на языке признаков классов состояний объекта либо путем непосредственной обработки ис-ходной априорной информации, либо на основе методов обучения или са-мообучения.

3.Разработка технических средств определения признаков.4.Разработка методов и алгоритмов обработки информации, по-

строение ИНС.5.Оценка эффективности системы распознавания в различных ре-

жимах ее функционирования и т.д.

15

Библиографический список

1.Красников В.Ф. Некоторые вопросы анализа и синтеза кулачко-вых механизмов с учетом точности их изготовления: дис. … канд. техн. наук / В.Ф. Красников. – М.: 1965.

2.Луговец В.А. Ниткошвейные машины и работа на них / В.А. Лу-говец. – М.: Книга, 1969. – 284 с.

3.Шостачук Ю.А. Синтез механизма качающегося стола ниткош-вейных полиграфических машин с упругой компенсирующей связью: дис. … канд. техн. наук / Ю.А. Шостачук. – Львов: УПИ им. И.Федорова, 1984.

Получено 17.01.08.

УДК 681.518.2Г.Б. Куликов, Е.В. Разинкин (Москва, МГУП)

ДИАГНОСТИКА ОПОР ПЕЧАТНОЙ ПАРЫРОТАЦИОННЫХ ПЕЧАТНЫХ МАШИН БАШЕННОГО ТИПА

Рассмотрены ударные явления, возникающие в печатных аппаратах ротацион-ных печатных машин во время прохождения зоны выемок на цилиндрах. С учетом ко-эффициентов демпфирования разработана динамическая модель печатного аппарата, позволяющая оценить перемещение цилиндров в момент прохождения зоны выемок и силы, передающиеся с цилиндра на корпус печатной секции в момент ударного измене-ния нагрузки. Обоснован выбор диагностических признаковподшипников печатной пары.

За последнее время создано большое количество высокоскоростных рулонных ротационных печатных машин различных моделей и схем по-строения, в том числе и печатных машин башенного типа, которые позво-ляют выпускать как газетную, так и книжно-журнальную продукцию. При печати на высоких скоростях в печатных аппаратах возникают значитель-ные динамические нагрузки, оказывающие отрицательное влияние на ка-чество печати. Особенно остро эта проблема проявляется в печатных ма-шинах башенного типа, в которых печатные секции расположены верти-кально друг над другом, образуя печатную башню. Вследствие этого кон-центрация динамических нагрузок в машинах подобного типа значительно выше по сравнению с печатными машинами, у которых печатные секции расположены на одном уровне (горизонтально).

При высоких вибрационных и динамических нагрузках в печатных аппаратах проявляются такие дефекты печати, как «полошение», дробле-ние изображения, и т.п., а также из-за высоких динамических нагрузок мо-гут происходить частые обрывы бумажного полотна в процессе печати.