Рзаработка методов и средств диагностирования оборудования по вибрации

Таблица 5 – Подшипник качения редуктора №12– SU 156

ВВЕДЕНИЕ

Повышение качества и надёжности механизмов, машин и оборудования является одной из наиболее актуальных и важных проблем в любой отрасли промышленности.

              Традиционные пути увеличения надёжности и ресурса наиболее эффективны для систем ограниченной мощности (информационные системы, системы автоматического управления и связи т.д.). Перспективы традиционных путей повышения надёжности связаны, в первую очередь, с высокими темпами развития элементной базы подобных систем, её миниатюризацией и высокой степень интеграции. Но во многих случаях применение традиционных методов повышения надёжности нецелесообразно.

Очевидно, что увеличение эффективности, надёжности и ресурса, а также обеспечение безопасной эксплуатации машин и механизмов тесно связано с необходимостью оценки их технического состояния. Это и определило формирование нового научного направления – технической диагностики, которое получило особо широкое развитие в последние десятилетия.

Техническая диагностика – это область науки и техники, изучающая и разрабатывающая методы и средства определения и прогнозирования технического состояния механизмов, машин и оборудования без их разборки.

В техническом обслуживании роторных машин диагностика и вибрационный мониторинг занимают особое место в силу своих возможностей обнаружения изменений состояния задолго до наступления аварийной ситуации. Системы вибрационного мониторинга и вибрационной диагностики чаще всего заменяют всю совокупность средств внешнего контроля, если эти средства не входят в комплекс систем управления.

              Системы автоматической диагностики узлов роторных машин по вибрации выпускаются уже почти двадцать лет. Наибольшее распространение получили системы диагностики подшипников качения, которые успешно используются на десятках предприятий различных отраслей промышленности.

              По мере выпуска новых поколений данных систем степень автоматизации растёт, поэтому системы применяются для массового диагностического обслуживания с переходом на ремонт оборудования по фактическому состоянию.

              Поскольку при работе автоматических систем диагностики всегда существует вероятность получения неоднозначных результатов, роль оператора таких систем не может быть полностью сведена к выполнению только операций по измерению сигнала вибрации. Следовательно, диагностическая подготовка оператора является тем резервом, который позволяет до минимума снизить вероятность ошибок в результатах диагностики и прогноза, а также получить диагноз и прогноз в неоднозначной ситуации.

1.       ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ДИАГНОСТИРУЕМОГО СИГНАЛА

Оценку технического состояния оборудования выполняют путём анализа параметров, описывающих диагностируемый объект. Такими параметрами могут быть величины разной природы.

При выборе диагностического сигнала для решения такой сложной задачи, как оценка технического состояния машины или оборудования с определением места возникновения дефекта, идентификацией вида дефекта и степени его развития, а также прогнозирование изменения технического состояния объекта, требуется большой объем диагностической информации.

Такие параметры как температура, давление и т.д. не обладают необходимой информативностью. Именно поэтому в данном случае за диагностируемый сигнал выбирают акустический, гидродинамический шум или вибрацию.

Выбрав один из них за диагностируемый сигнал, можно анализировать их общий уровень, уровни в определенных полосах частот, соотношения между этими уровнями, амплитуды, частоты и начальные фазы каждой составляющей, соотношения между амплитудами и частотами и т. д. Таким образом, именно сигналы вибрации и шума в наибольшей степени удовлетворяют требованию, предъявляемому к диагностическим сигналам для решения задач глубокой диагностики и прогноза состояния машин.

Еще одним важным обстоятельством в пользу выбора вибрации машин и оборудования в качестве диагностического сигнала является то, что дополнительные колебательные силы, возникающие из-за дефекта, возбуждают вибрацию непосредственно в месте его появления. Вибрация практически без потерь распространяется до точки ее измерения, и, поскольку машина «прозрачна» для вибрации, появляется возможность исследовать колебательные силы, действующие в работающей машине. Это позволяет диагностировать ее на рабочем месте, без остановки и разборки. Что немало важно, поскольку разборка машины с последующей сборкой неблагоприятно сказывается на её работе, долговечности, а остановка влечёт за собой экономические потери.

              Поэтому в данной работе в качестве диагностического сигнала, мы используем вибрацию исследуемого объекта.

2.       ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ ДИАГНОСТИРУЕМЫХ УЗЛОВ И ИХ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

Основные дефекты подшипников качения:

Основные дефекты зубчатых передач с подшипниками качения:

- бой вала редуктора возникает при несоосности вала и шестерни или изгиба вала. Диагностическим признаком является появление модуляции частоты fz частотой вращения вала в спектре огибающей высокочастотной случайной вибрации.

- перекос шестерни является дефектом посадки шестерни на вал или ослаблении посадки. Диагностическим признаком данного дефекта является рост вибрации на частотах 2fвр±fвр и fz±2fвр в спектре огибающей высокочастотной случайной вибрации.

- дефект зацепления возникает при росте расстояния между осями вращения. В основном это происходит из-за износа подшипников. Диагностическим признаком является рост вибрации на частоте fz в спектре огибающей высокочастотной случайной вибрации.

- дефект шестерни включает в себя износ, раковины, трещины, сколы одного или нескольких зубьев. Диагностическим признаком данного дефекта является рост вибрации на гармониках частоты вращения дефектной шестерни, а также появление большого числа боковых составляющих у зубцовых гармоник вибрации с частотами kfz±k1fвр.

- износ шестерни представляет собой износ зон контакта зубьев шестерни. Диагностическим признаком является рост вибрации на частотах 1/3fz, 2/3fz, fz и появление большого числа боковых составляющих боковых составляющих ±kfвр.

Основные дефекты электромагнитной системы асинхронного двигателя:

3.       РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЧАСТОТ ВИБРАЦИИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ, РЕДУКТОРА, МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Основные частоты 4АНК-355М8

Частота вращения ротора:

fвр=745 об/мин=12,42 Гц;

Зубцовая частота:

fz=fвр*zrt=12,42*84=1043 Гц;

Скольжение ротора:

S=( f1-p* fвр)/ f1=( 50-4* 12.42)/ 50=0,0064;

2S f1=2*0,0064*50=0.64 Гц;

Основные частоты для подшипника SU 322

Частота вращения сепаратора:

fc= 0,5*fвр*(1-(dтк/dc)*cosα)=0,5*12,42*(1-(41,28*2/(110+240))*cos(0))=4,745 Гц

Частота вращения тел качения:

fтк=fс*(1+(dс/dтк))=4,745*(1+((110+240)/(41,28*2))*cos0)=24,86 Гц

Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу:

fн=fc*z=4,745*8=37,96 Гц

Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу:

fв=(fвр- fc)*z=(12,42-4,745)*8=61,4 Гц

Основные частоты редуктора:

Частота вращения первой оси:

f1=12,42 Гц

Частота вращения второй оси:

f2=f1*z12/z21=12,42*24/106=2,81 Гц

Частота вращения третьей оси:

f3=f2*z23/z32=2,81*27/116=0,65 Гц

Частота вращения четвёртой оси:

f4=f3*z34/z43=0,65*22/72=0,2 Гц

Зубцовая частота 1:

fz1=fвр1*z12= fвр2*z21=12,42*24=298,08 Гц;

Зубцовая частота 2:

fz2=fвр2*z23=fвр3*z32=2,81*27=75,87 Гц;

Зубцовая частота 3:

fz3=fвр3*z34=f4*z43=0,65*22=14,3 Гц.

Основные частоты для подшипника SU 2322

Частота вращения сепаратора:

fc= 0,5*fвр*(1-(dтк/dc)*cosα)=0,5*12,42*(1-(32*2/(110+240))*cos(0))=5,07 Гц;

Частота вращения тел качения:

fтк=fс*(1+(dс/dтк))=5,07*(1+((110+240)/(32*2))*cos(0))=33,59 Гц;

Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу:

fн= fc*z=5,07*14=70,98 Гц;

Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу:

fв=(fвр- fc)*z=(12,42-5,07)*14=102,9 Гц;

Основные частоты для подшипника SU 42624

Частота вращения сепаратора:

fc= 0,5*fвр*(1-(dтк/dc)*cosα)=0,5*12,42*(1-(36*2/(120+260))*cos(0))=5,03 Гц;

Частота вращения тел качения:

fтк=fс*(1+(dс/dтк))=5,03*(1+((120+260)/(36*2))*cos(0))=31,58 Гц;

Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу:

fн= fc*z=5,03*13=65,4 Гц;

Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу:

fв=(fвр- fc)*z=(12,42-5,03)*13=96,07 Гц;

Основные частоты для подшипника SU 156

Частота вращения сепаратора:

fc= 0,5*fвр*(1-(dтк/dc)*cosα)=0,5*0,2*(1-(41,28*2/(280+420))*cos(0))=0,09 Гц;

Частота вращения тел качения:

fтк=fс*(1+(dс/dтк))=0,09*(1+((280+420)/(41,28*2))*cos(0))=0,85 Гц;

Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу:

fн= fc*z=0,09*12=1,08 Гц;

Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу:

fв=(fвр- fc)*z=(0,2-0,09)*12=1,32 Гц;

4.       СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВИБРАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИРУЕМЫХ УЗЛОВ

Метод ударных импульсов (SPM)

Во многих случаях изменение технического состояния элементов машин и оборудования, особенно на начальной стадии развития дефектов, не влияет на общий уровень вибрации и шума. Так в частности для подшипников, появление небольших дефектов на телах качения, а также на наружной или внутренней обоймах практически не изменяет общего уровня вибрации и шума. Однако наличие даже зарождающихся дефектов в подшипнике приводит к появлению высокочастотных ударных импульсов и, следователь­но, к увеличению пиковых уровней в высокочастотном сигнале вибрации, при этом его среднеквадратические уровни в общем случае могут даже оставаться неизменными. Поэтому, отношение пикового и среднеквадратического значений, которое называется пикфактором - диагностический признак, а метод, основанный на измерении пикфактора, называется методом ударных импульсов. В случае отсутствия ударных импульсов пикфактор имеет значе­ние меньше пяти, а при их наличии этот показатель может быть выше десяти.