Пояснительная записка (Модернизация скрепера Д3-87 на базе трактора Т-150), страница 5

Начнем со второй проблемы, общейдля всех направлений технической диагностики.Эталон бездефектной машины можно построить тремя способами:• измерив каждый диагностический параметр у группы бездефектныхмашин, определив его среднее значение и границы допустимых отклонений(эталон по группе)• проследив за изменениями диагностического параметра на начальнойстадии эксплуатации конкретного объекта, определив тренд для этого параметраи допустимые отклонения, использовать эти значения как эталон этогопараметра данного объекта на время дальнейшей эксплуатации (эталон поистории)• выполнив ту же работу в начальной стадии конкретного измерениядиагностического параметра, использовать эталон на вторую часть одногоизмерения (мгновенный эталон).Лучшими для диагностики машин являются те диагностическиепараметры, которые позволяют строить мгновенные эталоны. Но такихпараметров, которые реально отражают состояние узлов, в вибрационнойдиагностике, мало.В частности, такие эталоны могут использоваться для модулированныхсигналов.

Примером использования мгновенных эталонов на практике можетслужить диагностика узлов трения по колебаниям сил трения и, как следствие,по колебаниям мощности затрагиваемой ими высокочастотной случайнойвибрации.1.3.1 Особенности диагностики подшипников каченияМного лет диагностика машин и их узлов по высокочастотной вибрации неразвивалась из-за отсутствия эффективных методов ее анализа.

Но в 1968 годушведские специалисты предложили свой метод анализа высокочастотнойвибрации, чувствительный к появлению микро-ударов при контакте элементовтрения в подшипниках качения. Впоследствии он получил название "Методударных импульсов". Для выполнения такого вида анализа высокочастотнойвибрации были созданы специализированные измерительные приборы, из-за ихнебольшойстоимостиониивнастоящеевремяявляютсясамымираспространенными средствами контроля состояния подшипников качения.Суть метода ударных импульсов состоит в том, что наличие дефектов,даже тех, которые зарождаются, в подшипнике приводит к появлениювысокочастотных импульсов и, следовательно, к увеличению пиковых уровнейв высокочастотном сигнале вибрации, при этом его среднеквадратичные уровни,в общем случае, могут даже оставаться неизменными.

Таким образом,отношение пикового и среднеквадратического значения, которое называетсяпик-фактором, является диагностическим признаком. В случае отсутствияударныхимпульсоввеличинапик-факторавысокочастотнойвибрацииподшипника качения менее пяти, а при наличии ударных импульсов этотпоказатель может быть выше десяти. Принцип действия метода ударныхимпульсов можно проиллюстрировать на примере высокочастотных временныхсигналов вибрации (рис. 5.7) исправного подшипника качения а) и подшипникас раковиной на поверхности качения б).а) исправный подшипник, б) подшипник с раковиной на поверхности каченияРисунок 5.7 – Временные сигналы высокочастотной вибрации подшипникакаченияРеализуя метод вибрации при помощи его достаточно простых приборов,измеряющих пик-фактор (или некоторые его модификации, например, крестфактор и т.п.) вибрации в диапазоне частот до 25 кГц, широко используются дляконтролясостоянияподшипниковкачения.

Этотметодявляетсячувствительным к дефектам, которые лишь зарождаются, но все дефекты вподшипниках качения сопровождаются появлением ударных импульсов. Так,дефекты, которые не приводят к продавливанию слоя смазки, например, дефектымонтажа, не могут быть найдены методом ударных импульсов. Но хорошоизвестно, что эти дефекты в значительной степени влияют на ресурсподшипников качения. В виду того, что ударные импульсы могут появляться приразличных видах дефектов, а также и при изменении качества смазки, этот методне дает возможности идентифицировать вид дефекта.

Кроме того, методударных импульсов не позволяет осуществлять долгосрочный прогноз попричине невозможности определять вид дефекта, а, как известно, различныедефекты имеют разные скорости развития. И еще одна существеннаяособенность метода ударных импульсов – это наличие ударных импульсов ввысокочастотной вибрации исправных низкооборотных подшипников счастотой вращения ниже 50-100 оборотов в минуту, что принципиальнозатрудняет использование этого метода и снижает его достоверность. Итак,метод ударных импульсов позволяет контролировать состояние подшипниковкачения, но не диагностировать его.Недостаточная эффективность прогноза развития дефектов методомударных импульсов и резкое снижение достоверности диагностики длянизкооборотных машин явилось причиной поиска эффективных методоввыявления зарождающихся дефектов, и прогноза их развития.В 1978 году специалистами г.

Санкт-Петербурга был предложен методдиагностики, который был аналогичен подобным уже существующимметодам. Этот метод, в котором анализируется не самая высокочастотнаявибрация, а низкочастотные колебания ее мощности, позволил снятьпрактически все ограничения, характерные для метода ударных импульсов,значительно расширил область использования методов диагностики машин повысокочастотной вибрации, повысил достоверность результатов диагностики и,что особенно важно, качество долгосрочного прогноза состояния оборудования,диагностируется.Сутьметодаогибающейсостоитвследующем.

Силытрения,возбуждающие высокочастотную случайную вибрацию, стационарны толькопри отсутствии дефектов. В бездефектных узлах трения стационарная ислучайная высокочастотная вибрация. Ее мощность постоянна во времени. Припоявлении дефектов (см. Рис. 8), приводят даже к частному "продавливанию"смазки, изменяются периодически во времени силы трения или возникаютудары, возбуждающие высокочастотную вибрацию.

Так же удары могутпоявиться, если смазка не очень хорошая и ее слой легко "рвется".Рисунок 5.8 – Высокочастотный случайный амплитудно-модулированныйсигналТаким образом, при наличии дефектов величина сил трения и мощностьвибрации изменяется во времени, то есть появляется модуляция мощностивысокочастотной вибрации (рис. 5.8).Глубину модуляции m случайного амплитудно-модулированного сигналавибрации x(t) можно определить в процентах, используя среднее значениеогибающейX t  , X max t   X min t m   100% , X max t   X min t гдеX max t , X min t (5.1)- максимальное и минимальное значение огибающейсигнала, соответственно.При изменении вида дефекта частота модуляции изменяется. Чем большестепень развития дефекта, тем больше становится глубина модуляции.

Итак,частота модуляции определяет вид дефекта, а глубина модуляции – степеньразвития. В качестве примера на рис. 5.10 (слева) приведены временные сигналывибрации подшипника исправного, а), с износом б) и с раковиной на поверхноститрения в). Таким образом, самая полная информация содержится в огибающейвысокочастотногосигнала. Спектрыогибающейвибрацииподшипникаисправного а), с износом б) и с раковиной на поверхности трения в)представлены на правой стороне рисунка 5.10.Временные сигналы высокочастотной вибрации, спектры огибающейвысокочастотной вибрацииВременные сигналы высокочастотнойвибрацииСпектры огибающей высокочастотнойвибрацииа) исправный подшипник, б) подшипник с износом поверхности трения,в) подшипник с раковиной на поверхности качения.Рисунок 5.9 – Временные сигналы высокочастотной вибрации подшипникакачения и спектры ее огибающейКак видно из рисунка, в спектре огибающей случайной вибрациибездефектного подшипника отсутствуют гармонические составляющие.

Вспектре огибающей вибрации подшипника с износом видно одну сильнуюгармоничную составляющую, что указывает на плавную и периодическую сменумощности сигнала вибрации. В подшипнике с ударными импульсами мощностьвысокочастотной вибрации изменяется скачками и в спектре ее огибающейприсутствует уже ряд кратных по частоте гармонических составляющих.В спектре огибающей высокочастотной вибрации можно наблюдать заразвитием одновременно всех имеющихся дефектов по величинам превышениягармонических составляющих на определенных частотах над фоном. Такимобразом, появляется возможность определения парциальных глубин модуляции,то есть глубин модуляции для каждого из имеющихся дефектов.

Это позволяетопределятьстепеньразвитиявсехдефектовиидентифицироватьихвид. Следовательно, есть возможность прогнозировать состояние узла, которыйдиагностируется, поскольку каждый вид дефекта имеет свою скорость развития.Глубина модуляции m связана с разностью уровней гармонической ислучайной составляющей спектра огибающей (см. рис. 5.9) выражением:m10L / 101 f AfФ(5.2)где ΔfA – ширина полосы спектра огибающей;Δfф – ширина полосы фильтра, которая выделяет высокочастотнуювибрациюВлияние вибрации на подшипники качения.В подшипниках и качения и скольжения действуют две главные силы –кинематические и силы трения.

В дефектных подшипниках качения иногдапоявляется и третий вид сил – ударного типа. Вибрация, создаваемаяподшипникомкачения,кромечастотывращения f вр характеризуетсяследующими основными частотами:частотой перекатывания тел качения по внешнему кольцу (наличие этойсоставляющей вибрации определяется тем, что тела качения – это не лучшаядорога, по которой катится вал ротора, то есть вал «подпрыгивает» на каждомтеле качения):fн  fc  z 1  d TKf вр 1 cos    Z  0.4 f вр Z2 dC(5.3)где f вр – частота вращения ротора;d C – диаметр сепаратора, то есть диаметр окружности, проходящейчерез центры тел качения;d TK – диаметр тела качения; – угол контакта тел качения с дорожками качения;Z – число тел качения.• частотой перекатывания тел качения по внутреннему кольцу (этасоставляющая вибрации появляется, если вал (внутреннее кольцо подшипника)не идеально круглый, а, например, имеет локальный износ. Тогда вал"проваливается" на каждом теле качения, когда последнее попадает в зонуизноса:f в   f вр  f c   Z 1  d TKf вр 1 cos    Z  0.6 f вр Z2 dC(5.4)• всегда f н  f в  Zf вр .частотой вращения сепаратора (эта составляющая вибрации появляется,если одно из тел качения имеет меньший (больший) диаметр.