Пояснительная записка (1228636), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рисунок 1.9 – Усталостные раковины на дорожке качения наружного кольца
- Вмятины на дорожке качения наружного кольца на рисунке 1.10. Причины возникновения и развития – попадание в подшипник посторонних твердых включений. Способ выявления – внешний осмотр. Для дальнейшей эксплуатации кольцо используют или заменяют в соответствии с действующей нормативно-технической документацией;
Рисунок 1.10 – Вмятины на дорожке качения наружного кольца
- Забоины и деформации сепаратора показаны на рисунке 1.11. Причины возникновения и развития – механические удары при выполнении демонтажных работ. Способом выявления является внешний осмотр. Для эксплуатации необходимо заменить сепаратор;
Рисунок 1.11 – Забоины и деформации сепаратора
- Трещины и излом сепаратора показаны на рисунке 1.12. Причины возникновения и развития – нарушение технологии изготовления. Способ выявления – внешний осмотр. Предложения по эксплуатации – сепаратор заменить;
Рисунок 1.12 – Трещины и излом сепаратора
- Трещины и разрывы внутреннего кольца показаны на рисунке 1.13. Причины возникновения и развития – наличие внутренних напряжений, возникших в процессе изготовления колец, или дефектов в металле, или появление концентраторов напряжений, например, электроожоги. Способ выявления – внешний осмотр и проверка дефектоскопами. Предложения по эксплуатации – заменить кольцо [1].
Рисунок 1.13 – Трещины и разрывы внутреннего кольца
1.2 Анализ методов вибродиагностики
Вибродиагностика подшипников качения является наиболее развитой из разработанных областей виброметрии в теории и практики аппаратурной реализации. Вибродиагностика подшипников качения показывает диагностирование узла различными методами, основанными на различных вибрационных процессах, генерируемых дефектами этого узла. Основными методами вибродиагностики подшипников качения для оценки качества являются:
- Метод ПИК-фактора;
- Метод прямого спектра;
- Метод спектра огибающей;
- Метод ударных импульсов.
Ниже кратко изложен физический смысл получения вибродиагностических параметров каждым из этих методов.
1.2.1 Метод ПИК-фактора
При установке акселерометра рядом с наружным кольцом исправного подшипника на осциллографе отображается стационарный двухполярный шумовой сигнал, симметричный оси времени, как это примерно показано на рисунке 1.14 а.
Рисунок 1.14 – Вид сигнала вибрации подшипникового узла: а – стационарный двухполярный шумовой сигнал; б – отдельные амплитудные пики; в – увеличенная амплитуда и количество пиков
Есть виброметр, при помощи которого измеряется два параметра:
- Среднеквадратичное значение уровня (СКЗ) вибрации, то есть энергию вибрации;
- Пиковую амплитуду (ПИК) вибрации (положительную, отрицательную или полный размах).
Эти два сигнала измеряются в процессе эксплуатации 1 раз в 2–3 месяца. Со временем, когда подшипник начинает изнашиваться, в вибросигнале начнут появляться отдельные, короткие амплитудные пики, соответствующие моментам соударения дефектов, рисунок 1.14 б. Далее с усилением дефетка увеличивается амплитуда и количество пиков, как показано на рисунке 1.14 в. Дефект начинает распространяться по подшипнику начиная с задира и заканчивая полным разрушением подшипника. Результаты измерений показаны на рисунке 1.15. ПИК и СКЗ представляют собой монотонные, неубывающие функции одного характера, которые смещены по времени относительно друг друга. При появлении и развитии дефекта нарастает функция ПИК, а СКЗ почти не меняется, так как энергетические характеристики сигнала тоже почти не изменны.
Далее с увеличением амплитуды и количества пиков начинает увеличиваться энергия сигнала, возрастает СКЗ вибрации.
Отношение ПИК/СКЗ, называемое ПИК-фактором, из-за временного сдвига между ПИК и СКЗ, имеет явно выраженный максимум на временной оси. На этом и основывается метод ПИК-фактора.
Опытным путем было выявлено, что момент прохода функции ПИК-фактор через максимум отвечает остаточному ресурсу подшипника около 2–3 недель.
Рисунок 1.15 – Метод ПИК-фактора
Основным плюсом является легкость. Для его реализации нужен обычный виброметр общего уровня. Главные минусы – слабая помехозащищенность метода и необходимость проводить неоднократные измерения в процессе эксплуатации. Это обуславливается невозможностью установки датчика на подшипнике и он устанавливается на корпусе механизма. Поэтому сигнал вибрации помимо подшипника устанавливают и узлы механизма, которые создают вибрационные помехи. Чем дальше установлен датчик от подшипника, тем меньше будет точность показаний. Поэтому метод необходимо использовать тогда, когда датчик можно установить максимально близко к подшипнику.
Например, подшипниковые узлы различных распределительных устройств в технологическом оборудовании, подшипники вентиляторов. Для получения верной оценки нужно неоднократно проводить измерения при эксплуатации.
Получить оценку состояния по одному замеру невозможно. Исключения возможны только тогда, когда речь идёт о вибродиагностике большого количества совершенно одинаковых механизмов, эксплуатирующихся в одинаковых условиях.
1.2.2 Метод прямого спектра
Вернёмся к вибрационным сигналам, показанным на рисунке 1.14. Проводится анализ сигналов с точки зрения периодичности появления амплитудных всплесков. На основе этого заключается метод прямого спектра. Вибрационный сигнал анализируется узкополосным спектроанализатором и по частотному составу спектра можно идентифицировать появление и развитие дефектов подшипника.
Рисунок 1.16 – Прямой спектр вибрации
Амплитудные всплески в вибросигнале происходят не хаотично, а с определённой периодичностью или частотой.
Каждому дефекту на каждом элементе подшипника соответствуют свои частоты, которые однозначно просчитываются в зависимости от кинематики подшипника и скорости его вращения. Наличие той или иной дискретной составляющей в спектре сигнала говорит о возникновении соответствующего дефекта подшипника.
Амплитуда этой составляющей свидетельствует о глубине дефекта. Это более простой метод, так как многие дефекты в спектре проявляются в виде нескольких частотных составляющих.
Основные достоинства метода:
- Высокая помехозащищённость (маловероятно наличие в механизме источников, создающих вибрации на тех же точно частотах, что и дефекты подшипника);
- Высокая информативность метода относительно метода ПИК-фактора. Имеется возможность получить дифференцированную оценку состояния подшипника отдельно по каждому его кинематическому узлу, поскольку они генерируют разные частотные ряды в спектре.
Основные недостатки метода:
- Метод дорогостоящий, например спектроанализатор стоит дороже виброметра;
- Метод малочувствителен к зарождающимся и слабым дефектам.
Это связано с тем, что подшипник в подавляющем большинстве устройств является очень слабым источником вибрации, то есть небольшой скол на шарике или дорожке не в состоянии заметно качнуть механизм, чтобы проявить частотную составляющую в спектре вибрации.
Только при довольно сильных дефектах амплитуды этих частотных составляющих начинают заметно выделяться над общей шумовой частью спектра. Несмотря на эти недостатки, метод используется достаточно широко, особенно в среде профессиональных специалистов и даёт хорошие результаты.
1.2.3 Метод спектра огибающей
Рассматривается тот же рисунок 1.14. Высокочастотная, шумовая часть сигнала меняет свою амплитуду во времени, то есть она модулируется более низкочастотным сигналом. Этот модулирующий сигнал говорит о состоянии подшипника. Основой этого метода является выделение и обработка этой информации. Опытным путем было установлено, что наилучшие результаты этот метод даёт тогда, когда предварительно осуществляется полосовая фильтрация вибросигнала в диапазоне примерно 6–10 Кгц и анализируется модуляция этого сигнала. Для этого отфильтрованный сигнал детектируется, то есть выделяется модулирующий сигнал (или «огибающая сигнала»), который подаётся на узкополосный спектроанализатор и выделяется спектр необходимого модулирующего сигнала или спектр огибающей. Описанная последовательность обработки сигнала представлена на рисунке 1.17.
Рисунок 1.17 – Обработка сигнала по методу спектра огибающей
Малые дефекты подшипника не могут вызвать видимые вибрации в зоне низких и средних частот, генерируемых подшипником. В то же время для модуляции высокочастотных вибрационных шумов энергии возникающих ударов оказывается вполне достаточно. То есть метод обладает очень высокой чувствительностью. Сам спектр огибающей имеет всегда очень характерный, специфический вид. При отсутствии дефектов он представляет собой почти горизонтальную, слегка волнистую линию. При появлении дефектов, над уровнем этой достаточно гладкой линии сплошного фона начинают возвышаться дискретные составляющие, частоты которых однозначно просчитываются по кинематике и оборотам подшипника. Частотный состав спектра огибающей позволяет идентифицировать наличие дефектов, а превышение соответствующих составляющих над фоном характеризует глубину каждого дефекта. Достоинства метода – высокая чувствительность, информативность и помехозащищенность. Основной недостаток – высокая стоимость и сложность реализации. Алгоритм обработки и анализа реализуется с использованием компьютерной техники. Метод очень широко используется в среде профессионалов и в стационарных системах мониторизации технического состояния оборудования.
1.2.4 Метод ударных импульсов
На рисунке 1.14 также показаны вибросигналы с акселерометра, работающего в диапазоне от долей Гц до 10–20 кГц. Но работающий подшипник генерирует более высокочастотные вибрационные процессы.
Соударения дефектов подшипника вызывает возникновение высокочастотных, быстро затухающих колебаний, распространяющихся от подшипника по конструкциям механизма в виде волн сжатия и растяжения, аналогично тому, как распространяется звук в воздухе.
Технология обработки сигналов показана на рисунке 1.18.