14. Особенности идентификации дефектов нагруженных валов и колес.
Содержание
14.1. Под механизмами с нагруженными валами понимаются различного рода транспортеры, прокатные станы, печатные машины и другие, в которых перемещение движущейся поверхности осуществляется несколькими валами при постоянной круговой скорости вращения каждого из них. Оси этих валов неподвижны в пространстве, а их подшипниковые узлы доступны для измерения вибрации и температуры. Большинство таких механизмов работают при сильно изменяющейся во времени температуре окружающей среды, что резко снижает возможности контроля состояния валов большинства из них по периодическим измерениям температуры, и основным диагностическим сигналом является вибрация. Как правило, для периодического контроля состояния и диагностики узлов этих механизмов используются профессиональные системы диагностики, обеспечивающие обнаружение и идентификацию дефектов на ранней стадии развития.
14.2. Применять простейшую переносную систему мониторинга для контроля состояния таких механизмов целесообразно в совокупности со стационарными системами мониторинга и диагностики, которые охватывают не все узлы механизма. Например, эффективным способом диагностики таких механизмов является контроль переменных составляющих тока приводного электродвигателя, и для этой цели можно использовать ограниченные по стоимости стационарные системы обнаружения дефектов по спектральным составляющим тока двигателя всего с одним – двумя измерительными каналами на каждый двигатель. Однако подобные системы контроля тока двигателя не дают ответа на то, в каком из валов, вращающихся с одной и той же частотой, имеет место обнаруженный дефект. Поэтому после обнаружения дефекта по составляющим спектра тока электродвигателя следует измерять вибрацию всех валов с идентифицированной по току частотой вращения, например, простейшей системой мониторинга, и путем сравнения вибрации всех опор вращения выявлять дефектный вал.
14.3. Приводы колес на транспорте имеют близкие к механизмам с нагруженными валами особенности идентификации дефектов. Контролировать состояние таких приводов можно любым из трех следующих способов:
-
во время движения транспорта, для чего используются стационарно устанавливаемые средства контроля и диагностики или средства предварительного сбора диагностической информации,
-
во время имитации движения транспорта на катковых стендах, для чего чаще всего используются стендовые системы диагностики трансмиссии и колес,
-
при работе трансмиссии на холостом ходу с вывешиванием средства транспорта на домкратах, причем для диагностики может использоваться и переносная и стендовая системы.
Простейшие средства мониторинга состояния трансмиссии и колес на транспорте могут использоваться в последних двух случаях при отсутствии стендовых систем профессиональной диагностики, рассчитанных на раннее обнаружение дефектов, и специалистов по эксплуатации таких систем.
При контроле состояния привода транспортных средств, работающих на стенде в вывешенном состоянии, без статической нагрузки на колеса, рекомендуется использовать специально разрабатываемые для таких условий методы контроля состояния привода (трансмиссии и подшипников колес) и идентификации возможных дефектов. Как правило, такие методы рассчитаны на долгосрочный прогноз состояния узлов трансмиссии с использованием профессиональных систем диагностики и не являются предметом рассмотрения настоящей методики.
14.4. Особенности идентификации дефектов нагруженных валов и колес определяются тремя основными факторами. Первый фактор связан с природой формирования вибрации в точках контакта вала (движущегося колеса) с движущейся (неподвижной) поверхностью. Основной вклад в контролируемую вибрацию вносят колебательные силы, определяемые неровностью контактируемых под статической нагрузкой поверхностей качения. Как правило, специалистам по контролю состояния механизмов нужна количественная оценка параметров неровностей лишь одной поверхности - вала (колеса). Оценка параметров неровности другой поверхности – проката, бумаги, дороги, каткового стенда и т.п. не является их задачей, но создаваемая из-за таких неровностей низкочастотная и среднечастотная вибрация вала (колеса) является сильной помехой, ограничивающей возможности контроля состояния собственно механизма. Поэтому задачи контроля состояния механизма, в основном, решаются с применением профессиональных систем мониторинга и диагностики с использованием узкополосных анализаторов спектра. Простейшие системы мониторинга решают задачи оценки состояния и идентификации дефектов таких механизмов лишь частично, по параметрам низкочастотной вибрации (на первых двух гармониках частоты вращения) и высокочастотной вибрации опор вращения.
14.5. Второй фактор определяется влиянием на вибрацию вала (колеса) его привода, обеспечивающего вращение и представляющего собой, как правило, механическую передачу, часто с большим количеством ступеней. Колебательные силы, формируемые дефектом любого узла механизма, легко передаются по ступеням механической передачи на контролируемый вал (колесо), возбуждая соответствующую вибрацию. В связи с этим основное внимание при обнаружении и идентификации дефектов вала и подшипника простейшей системой мониторинга также уделяется измерению диагностических параметров, содержащихся в сигнале высокочастотной вибрации подшипников вала (колеса). При этом необходимо учитывать, что различного рола скребки, используемые для очистки рабочей поверхности вала, а также тормозные устройства колес являются источниками повышенной вибрации, в том числе высокочастотной, и при проведении измерений вибрации необходимо исключать возможность их функционирования по назначению.
14.6. Третий фактор – большое количество одинаковых объектов контроля, работающих в близких режимах. Как правило, под контролем одного специалиста находятся либо механизмы с большой группой одинаковых валов (транспортер, конвейер, прокатный стан, бумагоделательная машина и т.п.), либо несколько одинаковых машин (транспортных средств). Это позволяет применять групповые методы контроля состояния и идентификации дефектов, в том числе и проводить групповой анализ результатов измерения температуры подшипниковых узлов, проведенного за короткий интервал времени без смены нагрузки и температуры окружающей среды.
14.7. Из основных дефектов нагруженных валов (объединенных в большую группу с вращением от одного привода), которые следует рассматривать как одно целое вместе с приводом, следует выделить следующие дефекты, доступные для обнаружения простейшей системой мониторинга состояния:
-
несовпадение оси вращения вала с его геометрической осью, определяемое как бой вала,
-
несовпадение оси вращения шестерни (звездочки), входящей в состав механической передачи, с геометрической осью вала, определяемое как бой шестерни (звездочки),
-
некруглость вала, в том числе из-за его износа,
-
перекос вала (шестерни, звездочки),
-
дефекты зубьев шестерни (звездочки) на валу и шестерни (цепи) входящей с ней в зацепление,
-
дефекты смазки зацеплений,
-
бой, перекос, дефекты других валов, механически связанных с контролируемым валом, и имеющих другие частоты вращения.
-
дефекты подшипников вала и привода.
14.8. Из основных дефектов привода колес на транспорте, доступных для обнаружения простейшей системой мониторинга в стендовых условиях, следует выделить:
При контроле вибрации на катковых стендах:
-
несовпадение оси вращения колеса с его геометрической осью, определяемое как бой колеса,
-
некруглость колеса, в том числе из-за его износа,
-
дефект шестерни, передающей крутящий момент на колеса и дефект кардана,
-
дефекты смазки зацеплений,
-
дефекты подшипников колес.
При контроле вибрации вывешенного на домкратах транспортного средства такие дефекты как бой и некруглость колес по вибрации не определяются.
Использовать простейшую систему мониторинга для контроля состояния коробки передач крайне сложно, но доступен общий контроль ее состояния. Для этого необходимо измерять вибрацию на входе и выходе коробки и контролировать ее на каждой передаче, особое внимание уделяя контролю за ростом вибрации на зубцовых гармониках.
У многорежимных механизмов с разными частотами вращения контролируемого вала (колеса) необходимо либо мониторинг состояния проводить в одном режиме работы при близких и стабильных частотах вращения, либо для каждого из выбранных режимов проводить независимую оценку состояния и идентификацию дефектов. Количество таких режимов не должно быть большим, обычно выбирается до трех режимов, в которых объект контроля чаще всего используется по назначению. В пределах одного режима частота вращения объекта от измерения к измерению не должна меняться более чем на 10%.
Измерения вибрации следует проводить на подшипниковых узлах всех валов (осей) механизма, в плоскости, перпендикулярной оси вращения, и направлении действия нагрузки на вал или в противоположном направлении. При недоступности подшипникового узла для прямых измерений высокочастотной вибрации оценку состояния подшипника следует производить опосредовано по изменению зубцовых гармоник вибрации механической передачи.
14.9. Для идентификации дефектов нагруженных валов (колес) по результатам периодических измерений вибрации простейшей системой мониторинга необходимо иметь следующую информацию об объекте:
-
частоту вращения нагруженного вала (колеса) и частоты вращения всех промежуточных валов и шестерен, механически связанных с нагруженным валом,
-
зубцовые частоты зубчатых (цепных) соединений нагруженного вала с другими валами, передающими крутящий момент на нагруженный вал от привода,
-
вид подшипника (качения или скольжения) в контролируемой опоре вала,
14.10. При рассматриваемых дефектах нагруженного вала и его привода вибрация может расти в третьоктавных частотных полосах, соответствующих:
-
частоте вращения нагруженного вала при бое вала или шестерни (звездочки), насаженной на этот вал,
-
второй гармонике частоты вращения нагруженного вала при его некруглости или перекосе шестерни (звездочки),
-
третьей и более высоким гармоникам частоты вращения при повреждениях поверхности качения вала или дефектах зубьев шестерни (звездочки),
-
первой, второй и более высоким гармоникам вибрации ненагруженных промежуточных валов соответственно при бое, перекосе и дефекте зубьев шестерни (звездочки) на этих валах,
-
зубцовой частоте, а также ее гармоникам (нарушения качества зацепления, в том числе из-за износа контактных поверхностей или подшипников, а также дефектов смазки зацеплений),
-
частотам ниже зубцовой частоты, т.е. гармоникам высокой кратности от частоты вращения одного из валов (дефекты зубьев шестерни),
-
области частот между зубцовыми частотами, а также высоким частотам (дефекты смазки зацепления или дефекты подшипников).
-
ультразвуковой области частот, с появлением ударных импульсов (дефекты подшипников)
Идентификации указанных дефектов может препятствовать широкополосная вибрация, возбуждаемая неровностями нагружаемой поверхности (сетки, проката и т.п.), контактирующей с валом.
14.11. Рост вибрации опор вращения при движении колесного транспорта при тех же дефектах привода колес будет наблюдаться на тех же частотах, но при этом вибрация, возбуждаемая при движении колес по каткам стенда, может существенно превышать вибрацию, возбуждаемую многими из рассмотренных ранее дефектов. Наибольшая вибрация возбуждается катковым стендом на гармониках частоты вращения катков и на гармониках частоты, определяемой расстоянием между осями катков (эквивалент зубцовой частоты). Исключение составляет лишь высокочастотная и ультразвуковая вибрация опор вращения, по которой и обнаруживаются многие дефекты трансмиссии транспорта при вращении колес в стендовых условиях.
14. 12. При идентификации дефектов параллельно работающей группы нагруженных валов (колес) важным вопросом является выделение из группы вала с дефектами. Максимальный рост низкочастотной вибрации нагруженного вала не может быть достаточным признаком для выделения дефектного вала или его привода. Необходимо выявлять, прежде всего, подшипниковые узлы с максимальным ростом среднечастотной, высокочастотной и ультразвуковой вибрации.
14.13. При идентификации дефектного узла (собственно вал или колесо, шестерня, зацепление или подшипник), в случае невозможности определить его по основным признакам дефектов, следует пользоваться дополнительными признаками. В частности, преимущественный рост среднечастотной вибрации подшипникового узла имеет место, как правило, при дефектах собственно вала (колеса), преимущественный рост среднечастотной вибрации двух ближайших подшипниковых узлов - при дефектах шестерни. При дефектах зацепления зубцовая вибрация растет в ближайшем к шестерне подшипниковом узле, при дефектах смазки в зацеплении – растет вибрация в группе третьоктавных полос на высоких частотах сразу нескольких подшипниковых узлов, при дефектах подшипников – преимущественно только подшипникового узла с дефектом, и максимальный рост в последнем случае приходится на ультразвуковую вибрацию.
14.14. При контроле состояния транспортных средств по вибрации с использованием каткового стенда особое внимание следует уделять выбору диаметра катков, чтобы обеспечить при измерении и анализе вибрации разделение зубцовых составляющих вибрации редукторов трансмиссии и основных составляющих вибрации нагруженных катков по частоте. Кроме того, необходимо отслеживать износ поверхностей катков, и вовремя их заменять, чтобы обеспечить отсутствие влияния катковых составляющих вибрации на результаты контроля состояния и идентификации дефектов колес и трансмиссии.
Содержание
