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声振检测仪在烟草卷包设备故障诊断中的应用

发表时间：2020/1/13 来源：《防护工程》2019年18期作者：袁兴龙

[导读] 形成故障检测数据库，提升检测效率，也能够让设备始终处于良好的运行状态中，并推动国家的技术创新事业。

南京德乾信息技术有限公司江苏南京 211122
　　摘要：在卷烟生产过程中，卷包设备是其重要的辅助工具之一，为了能够有效提升烟草生产效率，相关管理人员必须要重视机械设备的养护与维修工作，避免因设备故障而给正常生产活动带来负面影响。以声发射为应用原理制成的声振检测仪，在卷烟设备故障检测方面发挥着重大作用。在本文的研究下，为行业相关人员提供一些可供参考的建议，从整体上提升烟草行业的经济效益。
　　关键词：声振检测仪；烟草卷包设备；应用；故障诊断
　　
　　
　　引言：
　　实际上，我国拥有目前全球最大的烟草制造及消费市场，烟草行业在巨大的利润市场上获得了经济效益最大化，因此，重视烟草制作与生产过程、优化加工机械设备，是避免企业经济利益受损的重要手段。烟草卷包设备作为重要的工具设备之一，它具备运行效率高、经济价值高的基本特征，在实际投入工作的过程中，该设备每一分钟可以制造16000支烟，而机械化卷烟需要企业采购一些高质量和高价值的设备。该设备由电机、齿轮、连杆等部分构成，其故障发生的原因、表现状态等与一般性机械故障存在共性，但其表现形式更为复杂。据相关科研机构研究所得，烟草卷包设备的故障与滚动轴承的声发射、传感器、加速度等层面有着巨大的关联，在实际诊断过程中需要综合判断。而相较于传统设备，声振检测仪更具备故障诊断优势，这也是本文研究的主要原因。
　　一、声振检测仪基本应用原理
　　（一）声发射应用原理
　　因力量作用造成物质材料表面产生裂变，并发射弹性波释放能量，这就是所谓声发射的基本原理。进入20世纪以来，我国的声发射监测技术已经得到了较为成熟的发展，主要针对仪器监测、生发信号监测等，通过利用物质材料中的微粒元素在相对运动的形态下产生弹性波来识别物质材料的内部状态，是一种动态的、无损的新型技术。在该原理的应用下，可以将声发射分为连续型信号和突发型信号，其中，前者的pulses per second（以下缩写为“PPS”）是不可辨别的，通过信号量比，因储备密集则不能分辨；后者则由区别于噪声的PPS构成，可以以时间为单位进行分辨[1]。目前，在分辨声发射信号时主要采用波形分析与参数分析这两种方法，从而对精密仪器进行结构诊断。
　　（二）声振检测仪构成因素
　　声发射振动检测仪由声音振动传感器、信号放大模块、数据采集模块、MCU和人机界面等内容组成[2]。其中，新型技术所产生的声振传感器相较于旧技术，具备着灵敏程度高的基本优势，它能够以最快的速度捕捉到高频率PPS振动、因摩擦力产生的连续性声发射以及PPS声发射等信息，寻找设备产生故障的根本源头；信号放大模块则具备信号采集功能、噪声过滤功能等，可以在信号单双极之间进行转换，这不仅可以平衡电路信号与噪声之间的比例，还要确保信号的完整性；数据采集模块主要由ARM和FPGA等系统的端口对接实现对采集系统的控制，即采集信号在A/D芯片中进行信号转换，再利用RAM模块来存储数据，并通过以太网模块对信息数据进行传送与分析；MCU模块就是所谓的储存与分析模块，其主要结构包括处理器、内存以及emmc，如下图（图1）所示；LCD模块则将数据从以太网的Ethernet网口传输至Exynos4412系统进行分析和测算，并采用高清TFT和LCD触摸屏，只需人工操作就能实现对系统的控制。
　

　
　　图1 数据处理模块结构图
　　二、声振检测仪故障诊断功能的具体应用
　　为了有效地发挥声振检测仪的故障诊断功能，下文以举例的方式说明针对不同类型的故障检测所采用的不同方式，以达到本文研究的目的。以声发射震动检测仪作为辅助工具，以3台GDX2型号的烟支成型传动箱和2台GDX1型号的设备机身作为检测对象，最终所呈现的检测结果如下所述：
　　（一）GDX2烟支成型推杆传动箱的故障诊断结果

　　
　　图3 GD包装机辅机传动
　　在GDX2传动箱设备外部（如图2和图3所示）安装声震慑传感器，安装位置可自由设定，保证在与设备关联的部位即可。将三台GDX2传动箱进行编号，即1号，2号和3号，利用声振监测系统对三台运行中的传动箱进行诊断，要求保证三台设备的运行速率保持一致，并测量传动箱内的时域信号。对2号传动箱监测的时域信号如下图（图4）所示：

　　
　　图4 2号传动箱时域信号
　　从该图片（图4）上能够明显看出时域信号是有幅动周期的，当显示得出，该传动箱的时域信号周期为6Hz，保持每分钟360次变动，这与传动箱实际的运行效率基本吻合，也能够保证烟草制作质量和设备安全运行。幅动周期性也可以作为故障分析依据，即设备运行中因某部件振动产生了超声信号，则可以判定推杆箱的某一个部件存在故障，并需要进一步分析故障原因和检修方法。以2号箱作为标准，对比其他两个检测对象，明显发现1号传动箱运行效果最好，而3号传动箱存在问题[3]。结果显示，3号传动箱在使用一星期以后发生了传动滑块损坏故障，必须要进行修理才能正常运行。
　　（二）GDX1包装机主机设备进行故障检测
　　为了验证声振检测仪的测验精准性，随机选择了5号和7号卷包设备作为检测对象，检测内容主要以机身的不同部位（如：左边、中间和右边）为主，并分别安装传感器，经过多次测试以后，确定一个具体数据，对不同设备计算出其震动频率、发射能量比等。综合各项数据以后发现，5号设备的卷包机在左机身、中机身及右机身基本处于运行正常状态，而7号设备机身左部位状态良好，中部位及右部位则需要维护。同时，在持续跟进与运营过程中，发现7号设备的运行效率、卷烟质量等都远远低于其他设备。通过车间设备维修员的专项养护工作以后，对7号设备中机身与右机身的齿轮裂化进行了修理，最终以更好的效率再次投入到了设备运行中[4]。
　　三、结束语
　　总之，通过本文所采用的实验对比法，经过声振检测仪对不同型号设备的故障检测对比，不仅能够反映出设备的运行状态，还能够提升检测方法的灵敏度，在烟草生产行业中具有长远的发展意义，同时，也会在其他运行速度快、运行精准度高、价值大的设备运行故障诊断方面也会发挥着重要的检测作用。在后期与信息化技术的结合应用下，声振检测仪还可以对采集信息进行更深入的分析，形成故障检测数据库，提升检测效率，也能够让设备始终处于良好的运行状态中，并推动国家的技术创新事业。
　　参考文献：
　　[1]秦丹飞.声振检测仪在烟草卷包设备故障诊断中的应用[J].科学技术创新，2017（6）：16-16.
　　[2]张国强，罗志伟，辛燕.基于振动声调制技术的螺栓紧固度检测初步研究[C].2018远东无损检测新技术论坛.
　　[3]郝洪涛，倪凡凡，丁文捷.基于声音信号的托辊故障诊断方法[J].噪声与振动控制，2019，39（3）：187-192.
　　[4]于洋，白瑞，杨平.基于遗传算法优化的支持向量机在齿轮故障声发射检测中的应用[J].机械传动，2018（1）.