ПІД ЧАС РОБОТИ У ПІДШИПНИКАХ КОЧЕННЯ

Виконав: ст. гр. ІМ-31

Матвійчук В.В.

УДК 62.233.27

П.П. Савчук

Луцький національний технічний університет

ДО ПИТАННЯ ВИЯВЛЕННЯ ДЕФЕКТІВ, ЩО ВИНИКАЮТЬ

ПІД ЧАС РОБОТИ У ПІДШИПНИКАХ КОЧЕННЯ

Розглядається проблема вібродіагностики підшипників кочення та пропонується нова методика вимірювання шумів підшипника кочення та діагностування його стану за допомогою вібродатчиків та спеціальної установки.

The problem of rolling bearing vibration monitoring is examined and the new method of measuring of rolling bearing’ noises and its state diagnosis is offered by vibration detectors and the special equipment.

Постановка проблеми. В наш час безперервний розвиток різних

галузей техніки зв'язаний з використанням в установках та механізмах

різноманітних видів підшипників та підшипникових вузлів, якість роботи

яких залежить від явищ, що виникають у процесі роботи підшипника і всього

механізму. Тому проблема вібродіагностики підшипників кочення є дуже

актуальною на сьогоднішній день.

Аналіз досліджень. Вібраційна діагностика підшипників кочення є

однією з найбільш важливих у системі діагностування. На сьогоднішній день

існує багато розробок для діагностики підшипників та їх вузлів, проведено

багато досліджень властивостей підшипників. Наприклад, тільки питаннями

вібродіагностики займалася велика кількість вчених: Барков А.В.,

Спрішевський А.І., Рагульскіс К.М. та інші. На сьогоднішній день визначені

такі основні методи діагностування стану підшипників, як: діагностика

підшипників кочення за спектром огинаючої вібросигналу, порівняння

потужності сигналу в двох частотних діапазонах, акустична діагностика

підшипників кочення, діагностика підшипників за інтенсивністю

вібраціонних коливань тощо .

Всi акустичнi методи дiляться на активнi та пасивнi. Активнi методи

заснованi на збудженнi та прийняттi хвиль за допомогою спецiальних

перетворювачiв. Пасивнi методи дiляться на шумовiбрацiйнi та акустичнi

емiсiї. Всі пасивнi методи заснованi на реєстрацiї та аналiзi пружних хвиль,

що виникають у самих виробах. Пiд час використання шумовiбрацiйних

методiв використовуються шуми або вiбрацiї, що виникають пiд час роботи

пiдшипникiв. При цьому можуть вимiрюватися рiзноманiтнi параметри

сигналу, але для цiлей дiагностики найбiльш широке застосування отримали

аналiз спектру коливань та дослiдження законiв розподiлу амплiтуд

вiбрацiй. Метод акустичної емiсiї заснований на реєстрацiї пружних хвиль,

що виникають у момент виникнення та розвитку трiщин. При цьому

джерелом ультразвукових хвиль є сам дефект. Таким чином, метод

акустичної емiсiї, на противагу шумовiбрацiйному методу, дозволяяє

прогнозувати виникнення внутрiшнiх дефектiв.

У багатьох дiагностичних пристроях у якостi перетворювача

характеристик використовуються п’єзоелектричнi елементи.

Аналiзуючи широку вiбродiагностичну аппаратуру, можна сказати

наступне. Для оцiнки дефектiв або дiагностики об’єктiв, що мають частини

на пiдшипниках кочення, що обертаються, найбiльш загальним методом

аналiзу є спостерiгання за змiнами середньоквадратичного рiвня та

спектральної потужностi вiброакустичного сигналу. Однак цi параметри

залежать вiд навантаження на пiдшипник, частоти обертання, щiльностi

посадки пiдшипника, кiлькостi змащувальної речовини тощо. При

вимiрюваннi iмовiрних характеристик вiброакустичного сигналу, таких, як

математичне очiкування, дисперсiя, ексцес тощо, моменти iмовiрностi

дають iнформацiю про стан об’єкту, що не залежить вiд частоти обертання

чи навантаження на пiдшипник.

У пристроях для дiагностики стану пiдшипникiв кочення у зiбраному

об’єктi або окремо за діагностичний параметр найчастiше приймається

вiброакустичний сигнал.

Дiагностування в основному проводиться шляхом порiвняння амплiтуд

спектру вiброакустичного сигналу, що дослiджується, зi спектром еталонного

пiдшипника або з завданими граничними значеннями теоретичного спектру.

Особливо складно вирiшуються „протирiччя” вiдносно оптимальних галузей

частот для дiагностування пiдшипникових вузлiв.

Дискретнi iмпульси, що нерiдко зв’язанi з дефектом, виникають у рiзних

частотних дiапазонах з рiзним рiвнем вираження. Ця характерна особливiсть

може бути якiсно пояснена шляхом розглядання вiдносних рiвнiв, зв’язаних з

пошкодженням фонового шуму, та ефективнiсть виявлення пошкодження

залежить вiд рiвня фонового шуму. Основнi складностi, що виникають пiд час

створення апаратури вiброакустичного дiагностування, полягають у тому, що

необхiдно приймати дуже слабкi сигнали, а апаратура повинна мати велику

швидкодiю. Окрiм вiброакустичного сигналу за дiагностичний параметр

приймається оммiчний або iндуктивний опiр. Частина вiбродiагностичних

приладiв для контролю стану пiдшипникiв кочення використовують змiну

масляної плівки .

Постановка задачі. Існуючі методи дозволяють виміряти вібрацію

підшипників та діагностувати їх стан, але розвиток рівня техніки вимагає

нового підходу до вирішення цієї проблеми, тому вирішення питання в

даному конкретному випадку полягає не в розробці чергового методу

вібродіагностики, а нового підходу, тобто методики.

Виклад основного матеріалу. Пропонується нова методика

вимірювання шумів підшипника кочення та діагностування його стану за

допомогою вібродатчиків та спеціальної установки на основі методу ПІК-

фактору.

Для контролю технічного стану підшипників методом ПІК-фактору

необхідно мати простий віброметр, що дозволяє виміряти два параметра

вібросигналу:

1. Середнє квадратичне значення рівня (СКЗ) вібрації, тобто енергії

вібрації;

2. Пікову амплітуду (ПІК) вібрації.

Співвідношення цих двох параметрів ПІК/СКЗ називається ПІК-

фактором.

В осцилограмі нового, добре змащеного підшипника присутній

стаціонарний сигнал шумового характеру. З часом, по мірі появи дефектів на

деталях підшипника, в сигналі почнуть з’являтися окремі короткі амплітудні

піки, що відповідають моментам співударів дефектів. В подальшому, з

розвитком дефекту, спочатку збільшуються амплітуди піків, потім поступово

збільшується і їхня кількість. Наприклад, дефект, з’являючись на одному з

роликів, створює в подальшому забоїну на кільці, з нього вона переноситься

на інший ролик, дефекти роликів починають випрацьовувати сепаратор і

тощо до повного руйнування. Спочатку по мірі появи і розвитку дефекту

наростає функція ПІК, а СКЗ змінюється дуже мало, оскільки окремі, дуже

короткі амплітудні піки практично не змінюють енергетичні характеристики

сигналу.

В подальшому, по мірі збільшення амплітуд і кількості піків, починає

збільшуватись енергія сигналу, виростає СКЗ вібрації. Співвідношення ПІК

временного зсув між ними має явно виражений максимум на часовій вісі. На

цьому і базується метод ПІК-фактору. Експериментально було встановлено,

що момент проходу функції ПІК-фактор через максимум відповідає

залишковому ресурсу підшипника порядку двох-трьох тижнів. Перевага

методу ПІК-фактору – простота. Для реалізації потрібен звичайний віброметр

загального рівня. Недоліки: слабка поміхозахищеність методу і необхідність

проводити багатократні вимірювання в процесі експлуатації. Установити

датчик безпосередньо на зовнішній обоймі підшипника практично

неможливо, тому сигнал вібрації характеризує не тільки підшипник, але й

інші вузли механізму, що в даному випадку розглядається як перешкода. Чим

далі встановлений датчик від підшипника і складніша кінематика самого

механізму, тим менше достовірність методу. Отримати оцінку стану по

одному замірюванню неможливо.

Вимірювання шумів підшипника за допомогою метода, що

пропонується, проводиться в наступній послідовності. Два датчики ДН-4

підводяться до зовнішнього кільця підшипника, що знаходиться в мостовому

крані. Коли кран починає рухатися і виникають шуми, коливання грузу під

час цих шумів змінюють ЕДС самоіндукції магнітного поля, в якому він

знаходиться. Датчик за допомогою дротів передає отриманий аналоговий

сигнал на ПНЧ, який приєднується до комп’ютера, в звуковій платі якого

знаходиться 12-розрядний АПЦ, який перетворює отриманий аналоговий

сигнал у цифровий та представляє отриману інформацію на моніторі

комп’ютеру, а потім цю інформацію можна обробляти за допомогою

програми Power Graf 2.1 і за результатами діагностувати стан підшипника.

Даний підшипник працює в мостовому крані, тому для повного аналізу

необхідно знати паспортні дані цього крану. Вантажопідйомність крану

Q=200–3000 кг. Підкрановий шлях механічного цеху в осях розрахований на

роботу двох кранів, вантажопідйомність яких складає 10000 та 5000 кг. Кран

переміщується надземною колією, допускається його використання в

районах, де температура повітря складає не менше 20° С. Режим роботи

крану – 3М, клас навантаження – В1 (робота при навантаженнях, значно

менших номінальних, рідко – за номінальних навантажень), завантаженість в

зміну – 25% робочого часу (власний рух крану).

Висновок. Запропонована методика базується на контролі вібрацій

підшипників та дозволяє визначити їх можливі дефекти, а своєчасне

виявлення цих дефектів дозволить уникнути зайвих витрат у процесі роботи

та виходу з ладу цілого вузла.

Перспективи подальших досліджень. Подальшої розробки потребує

питання визначення діапазону дійсних шумів від дефектів підшипників, що

дозволить вдосконалити та уточнити запропонований метод діагностування.

Список літератури:

1. Барков А.В. Диагностика и прогноз состояния подшипников качения по сигналу вибрации // Судостроение. – 1985, №3. – С.21-23.

2. Александров А.В., Барков Н.А., Баркова В.А. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования. – Ленинград: Судостроение, 1986. – 343с.

3. Хрущев М. М., Беркович Е. С. Точное определение износа деталей машин // АН СССР. Ин-т машиноведения – М.: АН СССР, 1953 – 116с.

4. Марченко Б. Г., Мыслович М. В. Вибродиагностика подшипниковых узлов электрических машин – Киев: Наук. думка, 1992. – 195 с.

5. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник. Изд. 6-е перераб. и доп. – М: Машиностроение, 1975. – 572 с.

6. Добрынин С. А., Фельдман М. С., Фирсов Г. И. Методы автоматизированного исследования вибрации машин.

7. Справочник. – М.: Машиностроение, 1987. – 224 с.

Поиск по сайту: