|
ООО"Кинематика" |
|
|
Диагностирование роторных механизмов по результатам контроля угловой вибрации В.Д. Фельдман |
||
| В
начале 1980-х годов специалистами нашего предприятия был разработан
метод диагностирования технического состояния роторных механизмов,
основанный на измерении и анализе результатов контроля угловой вибрации.
Для измерения угловой вибрации в настоящее время используется прибор, состоящий из импульсного (инкрементного) датчика угловых перемещений, измерительно-вычислительного блока и портативного компьютера. Датчик угловых перемещений устанавливается на выходной (или входной вал) контролируемой машины. При вращении вала машины датчик генерирует импульсный сигнал, с частотой следования импульсов прямо пропорциональной угловой скорости вала. Указанный сигнал подаётся на вход измерительно-вычислительного блока, где подвергается предварительной цифровой обработке (вычислению мгновенных значений угловой скорости, фильтрации, спектральному анализу и т.п.), в результате которой определяется временная функция колебаний угловой скорости машины на заданном угле поворота и спектр этой функции. Далее в измерительно-вычислительном блоке производится логическая обработка сигнала угловой вибрации (сопоставление расчётного и измеренного спектров, сравнение допусками, и т.п. операции), позволяющая определить дефектные звенья контролируемой машины, являющиеся источниками её угловых колебаний. Полученные результаты диагностирования в виде протокола проверки, содержащего графики временной функции и спектра угловой вибрации, а также диагностическую таблицу с перечнем возможных дефектов машины, можно промотреть на дисплее компьютера или распечатать на принтере. По сравнению с традиционными – наиболее известными методами диагностирования роторных механизмов, основанными на измерении их шума и линейной вибрации, предлагаемый метод имеет ряд следующих преимуществ: - позволяет осуществлять диагностирование низкооборотных механизмов (с частотами вращения звеньев близкими к 0 Гц), что невозможно или затруднительно при использовании других методов; - имеет гораздо более высокую чувствительность к дефектам зубчатых передач, подшипников и др. звеньев (особенно в случае низкооборотных механизмов), что позволяет выявлять эти дефекты на самых ранних стадиях их развития; - имеет более высокую помехозащищённость, так как на результаты контроля практически не влияют вибрации соседних машин и механизмов; - позволяет осуществлять диагностирование сложной кинематической цепи с использованием только одного датчика, тогда как при контроле аналогичной цепи методом линейной вибрации обычно требуется использование нескольких вибродатчиков. Предлагаемый метод прошёл серьёзную экспериментальную проверку в середине 80-х годов прошлого века, как на специальных стендах, где искусственно моделировались различные механические дефекты, так и на реальных промышленных объектах. В число обследованных промышленных объектов входили различные виды машин и механизмов, в частности : коробки скоростей металлорежущих станков, прецизионные лебёдки, редукторы, вибраторы и ряд других механизмов, содержащие зубчатые, червячные, винтовые и ременные передачи, подшипники качения и скольжения, муфты и т.п. детали. Ниже в качестве иллюстрации к сказанному приведён практический пример эффективного применения метода контроля угловой вибрации для диагностирования технического состояния подшипников и зубчатых колёс вибраторов литейных линий. Указанные вибраторы эксплуатировались в литейном производстве на Камском автомобильном заводе. Схематичное изображение контролируемого вибратора приведено на рис.1. Как видно из схемы, вибратор состоит из двух эксцентриковых валов 3 и 4, вращающихся в подшипниках качения с условными номерами №1 - №4. Ведущий вал 3 вибратора приводится во вращение от электродвигателя с помощью ременной передачи (на схеме не показаны). Вал 3 связан ведомым валом 4 зубчатой передачей 7. Частоты вращения валов равны и составляют 13.5 Гц. В процессе работы вибратора его подшипники подвергаются значительным динамическим нагрузкам, которые связаны с принудительной (технологичекой) неуравновешенностью эксцентриковых валов вибратора. Эти нагрузки после определённого периода эксплуатации вибратора приводят к повреждениям и аварийным разрушениям подшипников, следствием которых являются повышенные эксплуатационные затраты, связанные с простоем линии, трудоёмкостью ремонтно-восстановительных работ и высокой стоимостью запасных частей. Попытки использования традиционных методов диагностирования подшипников, основанных на контроле линейной вибрации, не дали положительных результатов. Это было связано с тем, что составляющие линейной вибрации, являющиеся признаками повреждения подшипников, были плохо различимы на общем фоне высокой ударной вибрации, возникающей при работе вибратора. В качестве альтернативного решения была проведена экспериментальная проверка возможности использования результатов контроля угловой вибрации для выявления на ранней стадии дефектов подшипников вибратора и предупреждения их аварийного разрушения. Для исследований были выбраны два вибратора, в том числе: - один исправный, у которого после ремонта были установлены новые подшипники; - второй потенциально дефектный, который выработал свой плановый ресурс и был направлен в ремонт. При проведении экспериментальных исследовании импульсный датчик углового перемещения «а» устанавливался на входном вале 3 вибратора (см. рис.1). Импульсный сигнал с датчика подавался на вход измерительного блока углового виброметра, с выхода которого электрический сигнал пропорциональный угловой вибрации подавался на вход анализатора спектра. На рис. 2 представлен спектр угловой вибрации вибратора исправными подшипниками. Как видно из графика, в спектре угловой вибрации доминируют 1-я, 2-я и 3-я гармоники оборотной частоты валов вибратора, проявляющиеся соответственно на частотах 13.5 , 27 и 40.5 Гц. Составляющие на других частотах, в том числе на частотах, которые обычно проявляются при дефектах дорожек и тел качения подшипников, имеют значительно меньший уровень. На рис. 3 представлен спектр угловой вибрации вибратора, у которого подозревалось наличие неисправных подшипников. В этом случае в спектре вибрации наблюдались значительные составляющие, проявляющиеся на частотах 79, 93, 107, 121, 134, 148 Гц. Эти составляющие соответствуют диагностическим частотным признакам, которые обычно характеризуют наличие значительных повреждений дорожек и тел качения подшипников. По результатам проверки были проведены демонтаж подшипников вибратора и их визуальный осмотр, которые выявили наличие явных дефектов в 3-х подшипниках из 4-х и подтвердили правильность поставленного диагноза. Указанные исследования были положены в основу разработки стационарной 10-ти канальной системы непрерывного мониторинга технического состояния вибраторов литейных линий, которая была внедрена на КАМАЗе в 1989 г. Приложения.
Рис.1. Кинематическая схема вибратора литейной линии.
Рис.2. Спектр угловой вибрации вибратора с исправными подшипниками
Рис.3. Спектр угловой вибрации вибратора с дефектными подшипниками |
||
|
© ООО «Кинематика», 2011-2017 г. |
|
