Пояснительная записка (Модернизация скрепера Д3-87 на базе трактора Т-150), страница 4

анализ временной разверткисигнала (работа в режиме осциллографа).Следует отметить, что далеко не все из производимых простыханализирующих приборов могут выполнять все указанные виды анализа, покрайней мере, с необходимым для диагностики качеством.Качество и единицы измерения вибрацииДиагностика – это, в основном, поиск слабых компонентов сигнала на фонесильных. Различаются слабые и сильные компоненты обычно и по частоте. Помощности эти компоненты могут различаться в 106 раз, поэтому оценивается неих мощность, а амплитуда, и различие между слабыми и сильнымикомпонентами снижается до величин, в 103 раза.

Но слабую компонентунеобходимо не только найти, но и определить ее свойства. Поэтому анализаторсигнала должен без каких-либо переключений обеспечивать динамическийдиапазон анализа в 104 раз. Добавляем еще и то, что машины могут иметь,например, через различную частоту вращения, разную максимальную амплитудувибрации, отличную до 100 раз. Тогда очевидно, что хороший прибор безизменения датчика должен иметь динамический диапазон измерений в 106 раз.Чтобы было удобно сравнивать, сопоставляя вибрации, так сильноотличающиеся друг от друга, в акустике принято отображать их величины влогарифмическом масштабе.Две составляющие, отличающиеся по мощности в 10 раз, принято считатьв логарифмическом масштабе отличными на 10 децибел.

Если посмотретьотличие амплитуд этих составляющих – то оно другое. В акустике отличиеамплитуд составляющих в 10 раз в логарифмическом масштабе соответствует 20дБ. Осталось связать точки отсчета конкретных единиц вибро-ускорения, виброскорости, вибро-сдвига, звукового давления и децибел.

В соответствии состандартами МЭК: 1 м/с2 = 120 дБ вибро-ускорения, 1 мм/с = 120 дБ вибро-скорости, 1 мкм = 120 дБ вибро-смещения, 20 Па = 120 дБ звукового давления.Вибро-сдвига, вибро – скорости и вибро-ускорения, измеренные в однойточке и выраженные в децибелах, совпадают только на одной частоте – 1000рад/с или 159 Гц.5.2 Источники возникновения вибрации в узлах и агрегатах дорожныхмашинВ каждой машине действуют динамические силы. Эти силы – источник нетолько шума и вибрации, но и дефектов, которые изменяют свойства сил и,соответственно, характеристики шума и вибрации. Можно сказать, чтофункциональная диагностика машин без изменения режима их работы – этоизучение динамических сил, а не собственно вибрации или шума.

Последниепросто содержат в себе информацию о динамических силах, но в процессепреобразования сил в вибрацию или шум часть информации теряется. Ещебольше информации теряется при преобразовании сил и осуществляемой имиработы в тепловую энергию. Именно поэтому из двух видов сигналов(температура и вибрация) в диагностике преимущество следует отдать вибрации.Основные динамические силы, действующие в дорожных машинах,нарушая их вибрацию или шум, приведены в таблице 1.Среди сил механической природы следует выделить: центробежные силы,определяемые неуравновешенностью вращающихсяузлов; кинематическиесилы, определяемые неравенством взаимодействующихповерхностей и, прежде всего, поверхностей трения в подшипниках; параметрическиесилы,определяемыепреждевсегопеременнойсоставляющей жесткости вращающихся узлов или опор вращения;Таблица 5.1 – Типы колебательных сил, действующих в машинахСилаИсточник1.

Механической природыЦентробежнаяНеуравновешенность ротораКинематическаяНеровность поверхностиПараметрическаяФлюктуация жесткости вала, подшипников и т.д.Силы тренияУзлы трения, качения и скольженияУдарыДефектные поверхности трения2. Гидро (аэро) динамической природыПодъемные (обтекание) Движение лопасти в неоднородном потоке илинескольких равных лопастей в однородном потокеСилы тренияПредел потока и неподвижных частейПульсации давленияТурбулентность потока, срыв вихрей, кавитациясилы трения, которые далеко не всегда можно считать механическими,но почти всегда они являются результатом суммарного действия множествамикро-ударов с деформацией (упругой) контактирующих микронеровностей наповерхностях трения;силы ударного вида, возникающие при взаимодействии отдельныхэлементов трения, которое сопровождается их упругой деформацией.Среди сил электромагнитного происхождения в электрических машинахследует выделить:магнитные силы, определяемые изменениями магнитной энергии вопределенном ограниченном пространстве, как правило, в ограниченном попротяженности участке воздушной щели;электродинамическиесилы,определяемыевзаимодействиеммагнитного поля с электрическим током;Среди сил аэродинамического происхождения следует выделить:подъемные силы, то есть силы давления на тело, например, лопастьрабочего колеса, движущееся в потоке, или обтекаемое потоком;силы трения на границе потока и неподвижных частей машины(внутренней стенки трубопровода и т.п.);Силы гидродинамического происхождения, в основном, имеют ту жеприроду, что и в газовой среде, но к ним добавляются еще и пульсации давлениячерез кавитацию, которая при определенных условиях может возникать в потокежидкости.Динамическиесилывмашинахнарушаютвибрациюлибонепосредственно, либо силы нарушают шум, а шум – вибрацию корпуса.Вибрация, в зависимости от природы возбуждающих ее сил, может бытьлибо детерминированной (чаще периодической), либо случайной.Один из простых примеров детерминированного сигнала вибрации –гармоническое колебание (см.

рис. 5.1).Рисунок 5.1 – Простое гармоническое колебаниеОнохарактеризуетсяамплитудой(пиковоезначениехпик,среднеквадратическое значение Хскз или среднее значение Хср сигналапроизводит), частотой f = 1/T и начальной фазой.Случайный сигнал может принимать любое значение в определенномдиапазоне, поэтому его характеризуют не амплитудой, частотой и фазой, апиковым значением, среднеквадратичным, средним значением (сигналапроектируемого) и значением от пика до пика.Рисунок 5.2 – Случайный сигнал вибрацииПериодическая вибрация может быть представлена в виде спектра.

В немможет быть одна составляющая (гармонический сигнал) (см. рис. 5.3 а или рис.5.3 б), или много кратных (см. рис. 5.4)СпектриРисунок 5.3 – Временные сигналы вибрации и их спектрыЕсли сигнал представляет собой комбинацию (рис. 5.4 в) двух простыхгармонических составляющих с различными частотами и амплитудами, то егоспектр имеет вид (рис.5.3 в, справа), где явно видно наличие именно этих двухгармонических составляющих с различными частотами и амплитудами.Временная развертка сигнала вибрацииСпектрРисунок 5.4 – Сложный периодический сигнал вибрации и его спектрПоскольку периодические составляющие отражают спектром, случайныетоже следует так же отображать, но спектр – сплошной (см.рис.5).Рисунок 5.5 – Спектр случайных составляющих вибрацииСпектр удобен тем, что он делит вибрацию на компоненты с различнымисвойствами, а достаточно часто и разной природы.Типичный спектр (см.

рис. 5.6) характеризуется, как правило, большимколичеством гармонических составляющих в области низких частот. По мереувеличения частоты гармонических составляющих становится меньше, и онипрактически отсутствуют в области высоких частот.Рисунок 5.6 – Спектр сигнала вибрацииДля диагностики машин и оборудования при выборе частотной областивибрации следует учитывать свойства вибрации разной частоты.Особенность вибрации на низких частотах заключается в том, что онаслабо затухает в пространстве, а, следовательно, в точку установки датчикадоходит вибрация от всех узлов контролируемой машины, от связанных с нейдругих машин и от соседнего оборудования.

Поэтому при анализе вибрации нанизких частотах возникает проблема локализации дефектного узла и проблемапомехоустойчивости. На этих частотах (в диапазоне частот до 3-5 гармоникичастоты вращения) машина колеблется как единое целое, поэтому нужныбольшие силы и большие дефекты, чтобы раскачать всю машину.На средних частотах в любой точке контроля вибрация возбуждается, восновном, колебательными силами, действующими в ближайших к ней узлахмашины. В спектре вибрации наблюдается большое количество гармоническихсоставляющихразнойчастоты,ноиз-замногочисленныхрезонансовсоотношение амплитуд этих составляющих сильно отличаются от соотношенийвеличин, возбуждающих их колебательные силы. Как следствие – искажениеинформации о дефектах-источниках этих колебательных сил и отсутствиеповторяемости результатов при малейшем изменении частоты вращениямашины.На высоких частотах вибрация приобретает волновой характер, в спектремало линий, мало (на первый взгляд) информации, но для возбуждения вибрациидостаточно даже малых сил.Вибрация ультразвуковых частот возбуждается, в основном, микро –ударами, но распространяется только по однородной среде (металл без болтов,сварных швов).

До оптимальной точки ее измерения, если это не сосуд илитрубопровод, часто трудно или невозможно добраться.5.3 Анализ основных методов вибро-диагностикиВ мировой практике встречается два основных понятия, связанные соценкой состояния машин по их вибрации.Вибрационная диагностика, когда обнаруживаются и идентифицируются(определяется вид и величина) дефекты в объекте диагностируется.Задача диагностики – находить дефекты на ранней стадии развития,наблюдать и прогнозировать их развитие, планировать ремонт машины. А еслиставится задача перехода на обслуживание и ремонт машин по фактическомусостоянию, то задача диагностики становится весьма сложной – необходимонаходить все дефекты на ранней стадии развития.

А то, что нет дефектов,развивающихся внезапно (кроме скрытых дефектов изготовления и монтажа) –это уже доказано, по крайней мере, для дорожных машин.Отсюда главные особенности вибрационной диагностики: необходимоизмерять вибрацию (или шум) каждого узла машины, еслинет конкретного способа выявления дефектов одного узла, который зарождаетсяпо вибрации другого. диагностикужелательно проводить по высокочастотной вибрации(шума), для возбуждения которых достаточны небольшие силы, и возникают наранней стадии развития дефектов.Чтобы нагляднопредставить существующие методы диагностикиразличных узлов вращающихся машин, необходимо выполнить основноеправило количественной диагностики – состояние объекта следует определятьпо отклонению диагностических параметров от их эталонных значений.Из этого правила вытекают две главные взаимосвязанные проблемыдиагностики – как найти оптимальные диагностические параметры и какпостроить эталон для каждого параметра.