بخشی از مقاله
چکیده
جعبه دندههای سیارهای- خورشیدی به علل هم محوری محور ورودی و خروجی، طراحی سادهتر، وزن کم، اشغال فضای کمتر در خط انتقال توان، دامنه گسترده نسبت دندههای مختلف، و کم صداتر بودن نسبت به جعبه دندههای مکانیکی کشویی در بخش کاهنده نهایی تراکتورها به وفور استفاده میشوند. عیوب پنهان چرخ دندهها و به خصوص آنهایی که حتی به وسیله بهترین تعمیرکاران شناسایی نمیشوند بیش از 60 درصد عیوب یک سیستم را شامل میشوند
بدین منظور در این پژوهش طبقهبندی عیوب برون دندهی کاهنده نهایی تراکتور مسی فرگوسن مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا به کمک شتاب سنج دادههای ارتعاشی در چهار حالتِ - سالم، شکسته، ساییده و شکسته - ساییده - برون دنده ضبط گردید و به رایانه منتقل شد. این سیگنالها به کمک تبدیل سریع فوریه از حوزه زمان به حوزه فرکانس برده شدند. پس از استخراج ویژگیهای مناسب شش ویژگی که امتیاز بالاتری داشتند در ورودی طبقهبند k امین نزدیکترین همسایه قرار گرفتند. از %75 نمونهها به منظور بانک داده طبقه بند استفاده شد. ارزیابی فاصله دادههای آزمون نسبت به بانک دادهها براساس روش فاصله اقلیدسی صورت گرفت و مقدار k از 1 تا 25 تغییر داده شد تا بهترین دقت طبقه بند حاصل گردد. کمترین دقت طبقه بند در هفتمین k به میزان %92 و بیشترین دقت طبقه بند در شانزدهمین k به میزان %96 بدست آمد. دقت بالای این فرآیند موجب خواهد شد که این سامانه در عیب یابی خودکار کاهنده نهایی مورد بهره برداری قرار گیرد.
مقدمه
یکی از اقدامات اولیه درافزایش تولید وکاهش هزینهها ، بهینه سازی روشهای نگهداری وتعمیرات ماشینهای مورد استفاده در مزرعه است.
عیوب پنهان چرخ دندهها و به خصوص آنهایی که حتی به وسیله بهترین تعمیرکاران شناسایی نمیشوند بیش از 60 درصد عیوب یک سیستم را شامل میشوند. بنابراین شناخت و تفکیک عیوب چرخدندههای کاهنده نهایی گامی مهم و ابتدایی در پایش وضعیت دائمی - CM - آن، ارتقا کیفیت خطوط تولید تراکتورها، کاهش نیروی متخصص و هزینهها و نیز مورد نیاز بخش کنترل کیفیت کارخانههای ساخت جعبه دنده است.
ارتعاش، پایداری زیاد و تاثیر پذیری کمی از عوامل محیطی دارد و به این علت می تواند یک پارامتر مناسب برای روش CM باشد. سیستمهای دینامیکی در هر وضعیتی یک اثر انگشت ارتعاشی مخصوص به آن حالت دارند. این اثر به وسیله حسگرهای مشخص نمایان و پس از عبور از سیستم تحصیل داده در حافظهای ضبط میگردند. این اثر ارتعاشی میتواند یکی از سه پارامتر جابجایی، سرعت و یا شتاب ماشین باشد. پردازش این سیگنالهای ارتعاشی در حوزههای مختلف زمان، فرکانس و یا زمان- مقیاس صورت میگیرد. پردازش مناسب، استخراج ویژگیهای شایسته و پربازده و تعیین بهترین طبقه بند از مهمترین کارها برای تشخیص، تفکیک و طبقهبندی حالتهای مختلف یک سامانه به حساب میآیند.
در نمایش سیگنال در حوزه فرکانسی، سیگنال به تعدادی امواج تناوبی سینوسی یا کسینوسی تبدیل شده و فرکانس و دامنه این امواج نمایش داده میشوند. نمایش حوزه فرکانس، از قویترین روشها برای تشخیص عیوب ماشینها است. برای تشخیص عیب ماشینها، ارتعاشات را در حوزه فرکانس بررسی میکنند.
سیگنالی که از طریق وسیله اندازهگیری دریافت میشود، معمولاً مقدار دامنه ارتعاشات بر حسب زمان را نشان می-دهد. برای اینکه این موج به حوزه فرکانس برده شود و مؤلفههای فرکانسی موجود در آن شناسایی شود، باید تبدیل فوریه آن محاسبه گردد.
در عمل سیگنال زمانی ارتعاشات که به وسیله تجهیزات الکترونیکی ثبت شده است، برای پردازش به صورت گسسته نمونه برداری میشود. اگر سیگنال زمانی، یک سیگنال گسسته باشد، تبدیل فوریه آن نیز گسسته خواهد بود و انتگرال تبدیل به یک سری خواهد شد. در این حالت تبدیل فوریه به شکل زیر قابل بیان خواهد بود:
تبدیل فوریه سریع یا FFT کاربرد همان مفاهیم تبدیل فوریه معمولی را دارد. ولی برای کاربری در تجهیزات الکترونیکی به خصوص آنالایزرها دارای اهمیت فراوانی است. در این حالت، تعداد نمونه برداریها، به صورت توانی از دو به صورت 2N انتخاب شده و تبدیل فوریه، با الگوریتم خاصی محاسبه میگردد که حجم محاسبات را به شدت کاهش میدهد. در نتیجه، سرعت پردازش افزایش مییابد
پس از پردازش سیگنال ویژگیهای آماری و یا ارتعاشی از آن استخراج میگردد. از آنجایی که تمامی ویژگیهای استخراج شده حاوی اطلاعات مربوط به عیب نمیباشند، بهتر است قبل از این که ویژگیها به عنوان ورودی به یک طبقهبندی کننده داده شود، مرتبطترین ویژگیها انتخاب شوند. طوریکه این ویژگیها حاوی اطلاعات بیشتری از گروهی که داده به آن متعلق است، باشند. در واقع باید ویژگیهای انتخاب شده دارای پراکندگی بیشتری در کلاسهای طبقه بندی نسبت به باقی ویژگی ها باشند.با استفاده از روشهای انتخاب ویژگی می توان مرتبطترین ویژگیها را انتخاب نمود. روشهای متنوعی برای این کار موجود می باشد که از جمله می توان به روش IDE - Improved Distance Evaluation - و الگوریتم ژنتیک اشاره کرد .[Bagheri et al., 2011] در این بین روشهای دیگری نیز وجود دارند که از همه ویژگیها استفاده می کنند و آنها را به ویژگیهای دیگری تبدیل می کنند طوریکه همبستگی بین آنها صفر شود
امروزه به منظور افزایش دقت و کاهش خطای ناشی از قضاوت انسان از روش های مدل سازی برای طبقه بندی و تشخیص عیب استفاده می شود. در این راستا روش های طبقه بندی متعددی در حوزه علم آمار و هوش مصنوعی - AI - پیشنهاد شده است که از آن جمله می توان به شبکههای عصبی مصنوعی - ANN - ، -k امین نزدیکترین همسایه - KNN - ، طبقهبند ساده بیز - NBC - ، بردار پشتیبان ماشین - SVM - ، آنالیز تشخیص - DA - ، سیستمهای استنتاج فازی - FIS - ، مدل پنهان مارکوف - HMM - و ... اشاره کرد. هر کدام از این روش ها معایب و مزایای خاص خود را دارند. در این پژوهش از تکنیک -k امین نزدیکترین همسایه - KNN - استفاده شده است
حیدربیگی - - 1387 سیگنالهای ارتعاشی جعبه دنده تراکتور MF165 را با استفاده از تبدیل سریع فوریه در حوزه فرکانس در دو حالت معیوب چرخدنده و سالم جمع آوری نمود . ایشان بدون اعمال ویژگی سیگنالهای حوزه فرکانس را که طولی معادل 4000 نمونه داشتند پس از اعمال PCA به عنوان ورودی شبکه عصبی مصنوعی استفاده کرد و در نرونهای خروجی سه حالت شکستگی یک دندانه در چرخدنده، سایش چرخدنده و حالت سالم را قرار داد. این در حالی است که آنالیز مولفههای اصلی رفتار داخل گروهی را در نظر نمیگیرد. دقت طبقهبندی در کار ایشان 87/6 درصد گزارش شد
بارتلموس و زیمروز - 2009 - پایش وضعیت ارتعاشی سامانه سیارهای - خورشیدی استفاده شده در یک حفرکننده معدن را تحت بارهای متغیر انجام دادند. دور ورودی به این سامانه 950 RPM و تعداد دندانههای خورشیدی، سیارهای و دروندنده به ترتیب 39، 27 و 93 گزارش شده است. آنها اشاره کردند که فرکانس پایین حامل موجب مدولاسیون سیگنالهای شتاب گرفته شده از دستگاه شده است. به علت پیچدگی طیف های فرکانسی از آنالیزهای زمان - مقیاس مانند تبدیل کوتاه فوریه و توزیع وینگر- وایل استفاده کردند. تفاوت در حالت سالم و بد سامانه در نقشههای استخراج شده بعد از اعمال تبدیل کوتاه فوریه و توزیع وینگر- وایل به خوبی مشاهده شد
مواد و روشها
گرداننده نهایی تراکتور مسی فرگوسن - MF285 - 285 از نوع سیارهای- خورشیدی میباشد. وجود عیب در گرداننده نهایی موجب از کارانداختن تراکتور در حین عملیاتهای مهم کشاورزی، کاهش بازده انتقال قدرت و یا آسیب به دیگر قسمتها میگردد به منظور شبیه سازی عیوب و کسب دادههای تجربی اقدام به ساخت بستر آزمایش شد. این بستر شامل بخشهای اصلی زیر میباشد: -1 الکتروموتور -2 کوپلینگ انعطاف پذیر -3 یاتاقان -4 ماده آزمایش -5 ضربه گیرها -6 شاسی -7 چرخ ها -8 پایهها -9 معکوس کننده دور - اینورتر -
شکل : 1 بستر آزمایش
قدرت تولید شده در الکتروموتور به کوپلینگ انعطاف پذیری منتقل و از آنجا به محور ورودی که داخل چرخ دنده خورشیدی قرار داشت میرفت. این کوپلینگ ها می توانند عدم تقارن محوری شعاعی و زاویه ای را بین محور محرک و متحرک تحمل کنند. وزن بالای محوری که توان را از دیفرانسیل به گرداننده نهایی می برد موجب افتادگی آن میشود بنابراین یک یاتاقان تحمل این بار را به عهده گرفته است. به منظور جداسازی منابع ارتعاشی و کم تر شدن تاثیر پذیری رفتار ارتعاشی ماده آزمایشی و شاسی از هم از چهار ضربه گیر استفاده شد به منظور کنترل دورهای مورد نظر از اینورترسه فاز/تک فاز با خروجی سه فاز ساخت کشور تایوان استفاده شد
