Особенности идентификации дефектов в механизмах с узлами возвратно-поступательного действия
Шрифт:

15. Особенности идентификации дефектов в механизмах с узлами возвратно-поступательного действия.

Содержание

  1  2  3   4   5   6   7   8   9   10   11  12   13   14   15   16   17   18   19   20
 

15.1. Под механизмами с узлами возвратно - поступательного действия ниже понимаются механизмы несколькими линейно перемещающимися узлами периодического действия, в которых значительная часть нагрузки на узел в направлении его движения имеет импульсный характер. Это двигатели внутреннего сгорания с цилиндропоршневой группой и коленчатым валом, преобразующим поступательное движение во вращательное, цилиндропоршневые нагнетатели, осуществляющие обратное преобразование. К этой же группе следует отнести механизмы с эксцентриковыми приводами, такие как вибраторы, клапанные распределители, плунжерные насосы и другие.

В функционировании таких механизмов следует выделить две основных особенности, определяющие и выбор диагностических сигналов, используемых для мониторинга, и требования к идентификации возможных дефектов после обнаружения изменений состояния. Первая из них – наличие периодической ударной нагрузки на возвратно-поступательные узлы, определяющей ресурс их подшипников и создающей сложную по форме вибрацию механизма. Вторая – наличие в механизме группы таких узлов, период действия ударной нагрузки в которых одинаков, а фаза смещена на одинаковую величину. При появлении большинства из возможных дефектов начинает изменяться величина ударной нагрузки в дефектных узлах механизма и ее фазовый сдвиг (задержка) относительно ударных нагрузок в других узлах. Относительные величины ударной нагрузки и их задержка по фазе становятся основными диагностическими признаками дефектов. Достаточно часто основные признаки прослеживаются в вибрации, многие из дефектов приводят и к изменению температуры элементов узлов возвратно-поступательного действия. Наконец, если механизм приводится во вращение электродвигателем, импульсная нагрузка заметным образом изменяет форму потребляемого тока, в котором также прослеживаются признаки многих дефектов узлов ударного действия.

15.2. Простейшая система мониторинга состояния механизмов с узлами вращения не рассчитана на выполнение фазовых измерений вибрации, на подробное исследование формы сигнала вибрации, в том числе путем наложения друг на друга сигналов, регистрируемых в разных узлах одного механизма, а также на определение их задержек (во времени) друг относительно друга. Эти виды анализа, часто используемые для обнаружения дефектов в механизмах ударного типа, доступны при использовании профессиональных средств измерений и диагностики. Но в то же время изменения формы и фазовых характеристик колебательных сил в механизмах периодического ударного действия, формируемых ударными импульсами, приводят и к изменению спектрального состава возбуждаемой вибрации, что позволяет использовать широкополосные спектры вибрации как для оценки состояния механизмов с узлами периодического ударного действия, так и для идентификации некоторых дефектов.

Основная проблема контроля состояния механизмов с узлами преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное связана с обнаружением дефектов подшипников по вибрации, возбуждаемой ударными импульсами, которые при дефектах подшипников существенно меньше рабочих по величине. Единственным различием в свойствах рабочих ударных импульсов и импульсов в дефектных подшипниках является их длительность, минимальная при ударах в подшипниках с разрывом масляной пленки. А чем короче импульс, тем выше возбуждаемая вибрация неподвижных элементов подшипника и контактирующего с ними корпуса подшипникового узла на ультразвуковых частотах, и больше измеряемый пикфактор ультразвуковой вибрации. Но, к сожалению, далеко не во всех механизмах корпус подшипникового узла доступен для контактного измерения вибрации на рабочих режимах.

15.3. Из основных групп дефектов возвратно-поступательных механизмов с коленчатым валом, доступных для идентификации с использованием простейшей системы мониторинга, можно выделить:

  • преимущественный износ одной из пар поршень – цилиндр,
  • преимущественный износ одного из подшипников коленчатого вала,
  • дефекты систем подачи топлива или газораспределения, связанные с нарушением функций одного из клапанов

15.4. Для разделения указанных групп дефектов можно рекомендовать измерять вибрацию корпуса двигателя в зонах крепления каждого из впускных клапанов, а также внешних подшипников коленчатого и распределительного валов. Измерения корпуса в зоне впускных клапанов следует проводить в радиальном к движению поршня направлении, а измерения в зоне опор вращения - радиальном к оси вращения вала направлении. Кроме этого следует измерять вибрацию удаленной от оси вращения коленчатого вала точке корпуса механизма в тангенциальном к оси вращения направлении. Поскольку у двигателей внутреннего сгорания температура цилиндра может быть недопустимо высокой (выше 125 градусов Цельсия, до которой могут измерять типовые датчики вибрации с встроенной в их корпус электроникой), измерять вибрацию следует выбирать таким образом, чтобы ограничить температуру в плоскости контакта с датчиком, см приложение Б (или использовать специальные высокотемпературные датчики).

15.5. При дефектах двигателя внутреннего сгорания может расти:

  • вибрация на частоте вращения двигателя в тангенциальном направлении (при нарушении режима работы одного из цилиндров),
  • вибрация на половине частоты вращения двигателя, также преимущественно в тангенциальном направлении (при нарушениях в работе системы газораспределения и износе подшипников),
  • вибрация опор подшипников коленчатого вала на гармониках, кратных частоте его вращения (при износе подшипников коленчатого вала),
  • вибрация опор подшипников распределительного вала на гармониках, кратных частоте его вращения при дефектах одного из клапанов,
  • среднечастотная и высокочастотная (выше 1-2кГц) вибрация отдельных цилиндров (преимущественно при дефектах поршня или цилиндра).

15.6. Особенностью двигателей внутреннего сгорания является их установка на фундаментных конструкциях через виброизоляторы (часто называемых амортизаторами), что приводит к повышенной зависимости вибрации двигателя от пульсирующих составляющих момента на валу двигателя, которые практически отсутствуют в бездефектных двигателях.

Эта особенность установки двигателя существенно упрощает вопросы контроля состояния двигателя по вибрации, который сводится к сравнению третьоктавных спектров вибрации, измеряемых в тангенциальном направлении в двух крайних и наиболее удаленных от коленчатого вала точках двигателя, не подверженных сильному нагреву. Только после обнаружения значительного роста указанных в предыдущем пункте составляющих вибрации проводятся измерения вибрации в зоне каждого из цилиндров, а по результатам сравнительного анализа их вибрации выявляется дефектный узел.

Контроль состояния двигателя лучше всего проводить при работе на холостом ходу, чтобы минимизировать влияние дефектов нагружаемого на двигатель механизма на вибрацию двигателя. Вибрацию двигателей на средствах транспорта допустимо измерять с разомкнутым сцеплением и на двух частотах вращения – минимальной и типовой при движении транспорта.

15.7. Широкое распространение имеют и механизмы с узлами возвратно поступательного типа, приводимые в движение эксцентриковым приводом. В механизмах с несколькими последовательно работающими цилиндрами общий контроль состояния обычно выполняется по третьоктавному спектру вибрации, измеряемому на опорах вращения вала с эксцентриками, а дефектная пара поршень-цилиндр выявляется после обнаружения изменений по результатам сравнения высокочастотной вибрации, измеряемой на доступных частях каждого цилиндра в идентичных точках контроля.

15.8. Для идентификации некоторых из влияющих на широкополосные спектры вибрации дефектов механизмов с группой эксцентриковых приводов необходимо иметь информацию о количестве смещенных в угловом направлении эксцентриков (или групп эксцентриков). Оно определяет одну из контролируемых составляющих вибрации (эксцентриковую), аналогичную зубцовой в зубчатой механической передаче, в которой признаки дефектов отдельных зубъев аналогичны признакам дефектов отдельных эксцентриков.

В результате появления и роста дефектов могут расти следующие составляющие вибрации опор вращения вала с эксцентриками:

  • на частоте вращения вала и ее гармониках (при дефектах одного из эксцентриков или одного из узлов возвратно-поступательного действия),
  • на гармониках эксцентриковой частоты (при износе подшипников вала, смещении контактных площадок эксцентрика или дефектах их смазки)
  • высокочастотная вибрация одной из опор вращения вала (при дефектах подшипника или его смазки).
  • высокочастотная вибрация корпуса одного из цилиндров (при износе пары цилиндр-поршень, дефекте их смазки или нарушениях в работе клапанов).

Содержание

  1  2  3   4   5   6   7   8   9   10   11  12   13   14   15   16   17   18   19   20