Стремительное развитие науки и техники в будущем приведет к абсолютной автоматизации производства. Однако любой механизм может дать сбой, и одна из главных задач науки — суметь его предупредить. Беспроводной датчик, разработанный учеными Южно-Уральского государственного университета, диагностирует состояние исполнительных механизмов. Полученные от датчика данные позволят с высокой точностью определить характер возможной поломки и своевременно устранить дефект.
«Разработка беспроводного датчика ускорения вращающихся элементов исполнительных механизмов» — проект-победитель конкурса «Начало большой науки — 2017». Работа над данной темой ведется с 2013 года, в 2014 году был получен патент на полезную модель. О том, в чем заключается уникальность устройства и каковы его основные преимущества, рассказал автор проекта, инженер-исследователь Управления научной и инновационной деятельности (УНИД) Владимир Синицин.
«В любой системе есть как исполнительные механизмы, так и датчики. Я занимаюсь непосредственно исполнительными механизмами и их диагностикой. Основное движение в исполнительных механизмах — это вращение. Традиционный способ получения информации о состоянии механизма — это установка чувствительных элементов. Любой работающий механизм создает вибрации. Если измерить эти вибрации и полученный сигнал разложить на составляющие, то мы сможем сказать, что именно плохо работает: двигатель, ходовая часть и т.д. Бывают механизмы, расположенные в труднодоступных местах либо участвующие в технологическом процессе, который сложно остановить. Например, нефтеперерабатывающий завод или металлургическое производство, где непрерывно должна выпускаться продукция. Если оборудование неожиданно выйдет из строя, это понесет большие финансовые потери. Мы диагностируем отдельные узлы, чтобы определить их состояние. Чем раньше мы обнаружим какой-либо дефект, тем быстрее мы сможем восстановить технологический процесс».
Отличительная особенность разработанного датчика — в способе получения информации о механизме. Классический способ получения данных осуществляется через установку датчика на корпусе механизма. Командой ученых ЮУрГУ был предложен новый метод: установить чувствительный элемент на вращающийся вал. В устройстве были применены технологии, позволяющие беспроводно получать данные и беспроводно питать его. В результате была создана более чувствительная к возникающим в механизме дефектам система.
.jpg)
Образец датчика, который закреплен на валу лабораторного стенда для моделирования заранее заложенных в механизм дефектов (Автор фото: Владимир Синицин)
«Новый способ позволяет измерять комплексное ускорение (линейное и угловое ускорение), раскладывая его на разные оси. Появляется еще одна ось чувствительности, которая несет дополнительную информацию. Различные дефекты могут проявляться по ряду характерных признаков, и всегда есть трудность отделения одного дефекта от другого, так как они могут иметь схожий вид колебаний, — отмечает Владимир Синицин. — Дополнительная ось чувствительности — это еще один источник информации, который содержит сведения о дефектах и их отличительных свойствах. Таким образом, мы с большей достоверностью можем определить природу и величину дефектов. В этом заключается особенность нашего датчика для диагностики технического состояния исполнительных механизмов».
В настоящее время создан опытный образец устройства. Результаты экспериментов подтвердили, что датчик обладает более высокой чувствительностью. Кроме того, чувствительные элементы жестко закреплены в датчике, а он сам находится внутри механизма, что позволит уменьшить влияние человеческого фактора на закрепление и ориентирование датчика. Следующий этап — создание опытного образца в его итоговом виде.
«Датчик может быть использован практически во всех сферах, где есть механизм вращения, — подчеркивает Владимир Синицин. — Если мы говорим о машиностроении, то он может применяться для диагностики узлов станков, таких как шарико-винтовые пары, двигатели станков, шпиндельные подшипники. В нефтегазовой промышленности он может использоваться для диагностики приводов электроприводной арматуры, обеспечивающей надежность работы нефтеперерабатывающего завода. Устройство также применимо в атомной промышленности для паспортизации электроприводной арматуры».
В дальнейшем команда проекта планирует расшить область исследования и от отдельных датчиков перейти к диагностике системы в целом. Разработанный учеными ЮУрГУ беспроводной датчик — интеллектуальное устройство, диагностирующее состояние исполнительных механизмов по их текущему состоянию. Таким образом, оно принадлежит к числу изобретений, которые станут частью четвертой промышленной революции.