С 2008 года ведутся работы по обновлению приборной базы для торсиографирования, т.к. приборы представленные на рынке не удовлетворяют нас по качеству или цене. Я очень уважаю приборы торсиограф DVL авиационного типа и торсиограф Гейгера за их надежность и безотказность практически в любых условиях и думаю, что даже после создания электронных приборов, они будут «ездить» в командировки в качестве запасного варианта еще долгое время. Но в двадцать первом веке есть технологии и технические решения, позволяющие отказаться от инерционных масс и царапающих перьев при записи крутильных колебаний.

В 2009 году удалось собрать бесконтактную тензостанцию для записи возникающих напряжений в валопроводе, определение крутящего момента. Масса этой системы с блоком питания и пред. усилителем составляет 800 г (не учитывается масса хомута для крепления). Сигнал с тензодатчика усиливается, фильтруется от синфазных помех и поступает на вход АЦП, после чего передаётся уже цифровой сигнал по каналу Bluetooth в персональный компьютер. (АЦП фирмы Zetlab). Преимущества такой системы: помехозащищенность передачи данных, возможность контролировать напряжение питания тензомоста.

Разработка торсиографа Существуют несколько способов снятия крутильных колебаний. Причем некоторые мне представляются просто фантастическими как по простоте подготовки к испытаниям, так и по сложности обнаружения и устранения различных помех и искажений записи торсиограммы. 1. Торсиограф с инерционной массой, связанной с корпусом прибора посредством гибкой связи, например пружинами или торсионными штырями. Данный тип торсиографа изобретен, если не ошибаюсь немцами несколько десятков лет назад. Корпус прибора жестко крепиться к коленвалу (или другим исследуемым участком валопровода посредством ременной передачи). Между массой и корпусом имеется также конденсатор с переменной емкостью, одна обкладка жестко связана с массой, другая с корпусом. Возможно также использование тензорезисторов, наклеенных на пластинчатые пружины (менее надежны). Инерционная масса вращается с постоянной скоростью, а корпус прибора имеет неравномерное вращение в следствии крутильных колебаний. Из-за чего и меняется емкость конденсатора. Предположу, что в торсиографе стоит передатчик с частотной модуляцией. Меняется емкость конденсатора, меняется и частота излучаемого сигнала. Приемник принимает сигнал, декодирует и подает на АЦП. А дальше уже обработка сигнала компьютерными средствами.

Мне удалось поработать с таким радио-торсиографом отечественного производства. Очень понравилась программа обработки сигналов, в ней есть практически всё что нужно: порядковый анализ, возможность суммирования отдельных гармоник и т.д. Хочу отметить простоту использования и уменьшение времени проведения испытаний. Однако к моменту начала работ по созданию собственного прибора мы не имели возможность купить данную систему, которая, безусловно, является одной из лучших. А сейчас уже проделана большая работа и приобретение готовых приборов – означает признать поражение и некомпетентность в этом вопросе. К недостаткам данного торсиографа можно отнести лишь то, что его можно соединять с линией вала только посредством ременной передачи (а это всего лишь 6000-9000 кол.мин./100-150 Гц), т.е. на современных быстроходных «судовых» двигателях с линии вала можно записать как правило только 1-3 гармонику и кажется ограничение максимальной частоты вращения 3500 об/мин.

Оптические системы и использование доплеровского эффекта В первые о таких системах я услышал от инспектора Регистра, который наблюдал за испытаниями одной иностранной организации. В первую очередь привлекает простота подготовки к испытаниям. Не нужно делать валик для крепления торсиографа к двигателю, никаких ремней и натяжных устройств. На исследуемый участок направляется лазерный луч и фотоприемник, который принимает отраженный сигнал. Из-за неравномерности вращения вала меняется частота луча из-за влияния доплеровского эффекта. Это изменение фиксирует фотоприемник, а потом все пересчитывается в изменение угловой скорости, проведя интегрирование, получаем перемещение.

Наша система намного проще, дешевле и имеет ряд преимуществ. На испытуемый участок наклеивается светоотражательная бумага с черными и белыми полосами. Напротив ставиться оптический датчик оборотов (обычный светодиод и фотодиод). При прохождении черной полосы вырабатывается «ноль», при прохождении светлой полосы вырабатывается сигнал 100 мВ «единица». Принцип работы очень простой: зная, сколько рисок в одном обороте и время прохождения каждой риски можно вычислить неравномерность вращения!!! Теперь о количестве этих рисок.

Изначально мы пошли по неправильному пути, полагая, что чем больше рисок, тем лучше. За основу прибора взяли энкодер с 2000 делений. Энкодер сам по себе уже боится температуры, вибрации, к тому же возникают проблемы с креплением и центровкой. Да и не нужно ТАКОЕ количество точек. Нас интересует максимум 12 порядок. Что бы построить синусоиду приемлемого качества, полагаем, будет достаточно 15 точек. Тогда для записи крутильных колебаний будет достаточно количество рисок на один оборот 12х15=180 рисок – всего 180 рисок!!! Нужно отметить, что при записи крутильных колебаний после редукторной передачи существуют определенные нюансы.

К сожалению, программное обеспечение фирмы Zetlab не позволяет ничего кроме как записывать в текстовом виде информацию (программа «Энкодер» – которая заявлена как раз для записи крутильных колебаний может найти широкое применение в кружке Дома Пионеров, тоже самое могу сказать о так называемом «Порядковом анализе» для обработки полученных «торсиограмм»). Поэтому построение торсиограмм происходит через подпрограмму в Excel. Конечно не удобно, нужно видеть процесс в реальном времени и смотреть что записываешь. Но с этим приходиться пока мириться. Доработка прибора – это в первую очередь написание программы для построения торсиограммы и последующая её обработка. Но в отличии от прибора, использующего доплеровский эффект, я могу видеть и контролировать импульсы, вырабатываемые датчиком.

Проводить испытания на низкооборотных двигателях, при достаточном количестве места в машинном отделении хорошо любым прибором. А если объект испытаний идет со скоростью 52 узла (надеюсь не стоит описывать), как в таких условиях избежать влияния вибрации на искажение записи? И как отличить потом вибрацию от крутильных колебаний? Именно это представляет главную трудность в работе с подобными системами.

Далее...

“Люди, которым всегда некогда, обыкновенно ничего не делают”
-Г. Лихтенберг.