CC BY
27
УДК 621-9
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
ПЕЧАТНОЙ МАШИНЫ
Л.Б. Серкова
Важной задачей при проектировании и эксплуатации машин является обеспечение безаварийной и бесперебойной работы, а также обеспечение качества выпускаемой продукции. Вибрации, возникающие в опорах валов машины, оказывают существенное влияние на качество выпускаемых изделий. Рассмотрены способы диагностики вибраций, возникающих в подшипниках качения. Представлен анализ методик диагностирования подшипников качения печатной пары.
Ключевые слова: вибрации, подшипник качения, печатная пара, печатная машина.
В современности практически любую машину невозможно представить без подшипников любого вида. Данное полезное изобретение появилось еще в древности и знания о природе трения скольжения и трения качения совершенствовались на протяжении ни одной сотни лет. Несмотря на простоту этого изобретения, с первого взгляда, оно является очень сложным, и трение качения является целым комплексом явлений.
Подшипник представляет собой сборную единицу, являющуюся частью опоры любого вала, создавая тем самым подвижную ось (рис. 1).
Рис. 1. Схема подшипника качения: 1 - корпус; 2 - наружное кольцо;
3 - сепаратор; 4 - вал; 5 -тела качения
Количество и положение тел качения в зоне изменения влияют на жесткость подшипникового узла. Изменение жесткости, в свою очередь, влияет на возникновение вибрации, при этом наличие дефекта вызывает значительное увеличение уровня вибрации. Дефекты подшипников качения можно классифицировать следующим образом (рис. 2).
На данный момент накоплен большой опыт по конструированию, использованию и диагностике подшипников качения, однако рост внедрения высокоточных подшипниковых узлов в машинах большой производительности приводит к увеличению требований к надежности и разработке новых методов диагностики для предотвращения внештатных ситуаций в работе агрегата.
Выкраши-\ /
вание \ I фреттинг-
поверхно- I I коррозия
Рис. 2. Классификация дефектов подшипников качения
Обеспечение надежности машины, в том числе и подшипниковых узлов, является одной из важнейших задач машиностроения. К надежности принято относить: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.
Все эти показатели надежности сказываются на ресурсе машины и определяют продолжительность эксплуатации до предельного состояния, а повреждение и износ отдельных деталей приводят к появлению дополнительных нагрузок, вибраций и т.д. Поэтому важной задачей для надежной работы машины является своевременное проведение диагностических работ [1,2], которые позволят повысить эффективность использования оборудования. Данные методы применяются при техническом обслуживании и проведении планового и другого вида ремонта. Диагностика позволяет повысить вероятность безотказной работы, снизить стоимость эксплуатационных затрат и увеличить возможность ремонтопригодности оборудования, для этого широко используют методы неразрушающего контроля (НМК). Эти методы позволяют получить достоверную информацию о текущем состоянии узлов машины, причем без нарушения их работоспособности. НМК [3] можно разделить по принципу работы, сравнительная характеристика существующих методов представлена в таблице.
Вибрации могут возникнуть естественным образом при изготовлении деталей машины. При повышении уровня вибраций выше определенного характеристиками машины уровня может привести к разрушению составных частей. То есть, помимо того, что вибрации могут быть причиной возникновения дефектов, они могут стать индикатором нарушения работы машины.
Для оценки технического состояния подшипников качения большую роль из существующих методов играет именно вибродиагностика. Данный метод основан на анализе комбинации параметров вибраций, по которым возможно определить состояние оборудования, место и причины возникновения вибраций для их последующего устранения, ряд дефектов: дисбаланс - характеризует неуравновешенность вращающихся деталей машины; несоосность валов - случаи, когда не совпадают оси валов; непа-
раллельность валов - смещение валов друг относительно друга не параллельно; ослабление опор валов - влияет на уравновешенность вала, а также такие дефекты, как нарушение геометрии линии вала, различные повреждения подшипниковых узлов.
Сравнительные характеристики существующих неразрушающих
методов контроля
Вид контроля/параметр
«
3 к
Л
л е т
и р
е
о н
Л
л
а
^
со
и В
« 3
н ря
п
а
« 3
н т и н
(-4
а
« 3
н н о и я а
и
д
а
Рч
« 3
(Я
о к о т
е р
В
« 3
н н о и
о о
и
о к и т о
5? <с
«
о
(Я
о л п е
н
«
о
(Я
о
к
^
(Я
со
а р
т
Л
л
Возможность постоянного _контроля_
Чувствительность
Наглядность
Автоматизация
Возможность контроля в процессе эксплуатации
Производительность кон_троля_
Ограничения по времени, _температуре_
Предварительная подготовка детали
Что позволяет обнаружить [4]
т о
о р
е
а р
3
тк е
е
д
е
3
н т с о н
х
р
е в о П
л
тк е
е
д
е
3
н з о в к с
е
3
н т с о н
х р
е в о П
-а е -к
3 ^ ^ «
X н <и
3 о Д тн он )м
К х I
ин р м
ав-
ам оп 2
о пд о рр до д
ре п е
к £ 3 з е б т ® 3 ^
« £ Б
ет г
ет г
м О СЗ
ла о н
тн е
<и X й д р и
£ « 2 О 0 с§
р п аг Н и ЙЙ 5® Ч о о» Св
ек ое о
X ^
3 4 М X ри ан вн с е в р е и н е л в
Л
В
ем
де 4мм
тс е он он и х ю
р ул
еа
3 1-4 нт ел
са
оз
н,
х 3 рт ек ве
о
п
2
а в и в
з
а р
и
й § н тк не
рт ед
у д
н я вс е
е
з
н т с о н
X р
е в о оП
я л е т и с о н о л п е т ь т с о м
и
д
о
X
о рП
X
3
н ра
(Я ^ г 1 Л
с в в о
тк е
е
д
3
д
и
а н о
з
х 3
н в о
а
о л о вк ве о
а а
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Возникновение вышеописанных дефектов может привести к серьезным последствиям, помимо вывода оборудования из строя и заклинивания валов, например, такой дефект как непараллельность валов может приводить к обрыву бумажного полотна. К тому же создаваемые зазоры между наружным кольцом подшипника и его корпусом могут вызывать вибрации в работе подшипника [14], что приводит к скорейшему выводу из строя машины.
В [15] представлены результаты экспериментальных исследований, полученных на специально разработанном стенде, на различных типах подшипниках: без дефектов и на подшипниках имеющих их. Были рассмотрены вибрации, возникающие из-за тел качения и дефектов на наружном кольце. Отмечено, что наибольшие значения вибраций были получены для наружного кольца.
Показано, что большое преимущество данный метод имеет относительно других за счет возможности его использования на работающем оборудовании [16, 17].
Согласно нормативным документам, повреждения подшипников можно определить с помощью измерения вибраций по характерным для частей подшипника частотам повреждений. Повреждённый подшипник создает вибрационные составляющие, которые не кратны оборотной частоте вращения вала. Такие составляющие являются сигналом неисправности подшипника.
Частоты вибраций различных повреждений элементов подшипника:
тел качения:
сепаратора:
/c = £(l-Gcos/0»); (2)
наружного кольца:
/нк - f/о(1 ~~ r cos/?); (3)
внутреннего кольца:
/вк =f/o(l + r cos Р), (4)
где а - радиус тел качения, мм; R - радиус сепаратора, мм; [3 - угол контакта тел качения; п - количество тел качения; /0 - частота вращения вала, /о = 60 об./с.
Контроль и учёт возникающих в машине вибраций могут осуществляться с помощью внешних приборов, которые позволяют замерять амплитуды колебаний на машине без ее вывода из рабочего состояния. В случае, когда данные показатели завышены, необходима полная диагностика узла. Для лабораторных испытаний образца возможно использование стендов вибродиагностики различного типа, например, экспериментальное оборудование «КОМПАКС-РПП», предназначенное для вибродиагностики подшипников (рис. 3), оценки технического состояния подшипников качения.
Обработка статистических данных по проблемам в подшипниках качения, полученных с использованием данного комплекса, позволяет проводить в дальнейшем модернизацию конструкции или изменение режимов работы машины.
/тк -Jo
Пиагностическая станция Испытательный модуль ^
Рис. 3. КОМПАКС-РПП
Данный метод диагностики получил широкое распространение и в полиграфической отрасли [18,19, 20].
В работе [21] рассмотрены методы диагностики подшипников качения печатной пары в печатной машине. Печатная машина - это сложная система, которая состоит из большого количества валов, закрепленных в подшипниковых узлах (рис. 4). Помимо этого, в полиграфических машинах используются подшипниковые ролики.
Рис. 4. Крепление вала печатной машины
По мнению авторов [21], вибрации подшипников рассматривать нужно с двух сторон: во-первых с точки зрения вибрации всей машины, а во-вторых вибраций возникающих в отдельных частях друг относительно
друга. В работе представлены различные методы анализа виброакустических сигналов, таких как частотный метод, методы анализа временных реализаций, с помощью которых производилась обработка экспериментально полученных данных. Эти методы позволяют с большой точностью определить характеристики проведенной вибродиагностики. В работе [21] определены погрешности калибровки, вибропреобразователя, способа крепления датчика, измерительной аппаратуры и анализа результатов измерений. Данный метод позволит обслуживать оборудование «по потребности», т.к. он способен прогнозировать развитие дефектов, что сократит материальные затраты на ремонтные работы. Несмотря на это, данный метод является очень трудоёмким и занимает продолжительное время. На данный момент, используемые программные продукты имеют более новую, усовершенствованную версию.
Дальнейшую работу по данной теме актуально посвятить изучению дефектов возникающих в подшипниках качения, таких как отклонение от геометрических размеров, возникающих в процессе изготовления, установки и работы подшипника, а также их влиянию на вибрационные характеристики работы печатной машины. А также необходимо автоматизировать процесс обработки вибросигналов с помощью новейших достижений в области программного обеспечения.
Таким образом, можно сделать следующие выводы.
1. Обеспечение надежности работы машины во многом зависит от надежности подшипниковых узлов. При несоблюдении своевременной диагностики возможно нарушение рабочего процесса, а также вывод из строя оборудования, что в свою очередь влечет экономические затраты;
2. Анализ существующих НМК показал, что вибродиагностика имеет ряд преимуществ относительно других методов: наглядность, возможность постоянного контроля, возможность проведения диагностики без нарушения рабочего процесса.
3. Вибродиагностика позволяет прогнозировать развитие дефектов в оборудовании, что может сократить затраты на обслуживании, за счет своевременной замены деталей.
Помимо этого, автоматизированный процесс обработки полученных значений вибраций позволит сократить затраты времени на проведение диагностики.
Список литературы
1. Robert B. Randall, JérômeAntoni. Rolling element bearing diagnostics—A tutorial // Mechanical Systems and Signal Processing. 2011. Vol. 25. Issue 2. P. 485 - 520.
2. Wenrong Xiao, We i Cheng, Yanyang Zia Chenlu Zhao, Chuang Sun, Zhiwen Liu, Jinglong Chen, Zhengjia He. Support evidence statistics for operation reliability assessment using running state information and its application to rolling bearing // Mechanical Systems and Signal Processing. 2015. Vol. 60 - 61. P. 344 - 357.
3. Каневский И.Н., Сальникова Е.Н. Неразрушающие методы контроля: учебное пособие. Владивосток: Изд-во «ДвГТу», 2007. 243 с.
4. Сравнительная таблица методов неразрушающего контроля [Электронный ресурс]. URL: http://ooocalis.ru/interesting/52-metody-nk.html (дата обращения: 21.07.2019).
5. РД 03-606-03. Инструкция по визуальному и измерительному контролю. М.: Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2004. 53 с.
6. ГОСТ 18442-80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования. М.: ИПК «Изд-во стандартов», 2005. 26 с.
7. ГОСТ Р 56512-2015. Контроль неразрушающий. Магнитопорош-ковый метод. Типовые технологические процессы. М.: Стандартинформ, 2016. 56 с.
8. ГОСТ 7512-82. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический контроль. М.: Стандартинформ, 2008. 80 с.
9. РД-13-03-2006. Методические рекомендации о порядке проведения вихретокового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах. М.: ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2007. 43 с.
10. ПБ 03-593-03. Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. М.: ПИО ОБТ, 2003. 55 с.
11. ГОСТ Р 56511-2015. Контроль неразрушающий. Методы теплового вида. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2019. 11 с.
12. ГОСТ Р 55724-2013. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. М.: Стандартинформ, 2019. 41 с.
13. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1998. Ч. I. 18 с.
14. Guo Chen, Meijiao Qu. Modeling and analysis of fit clearance between rolling bearing outer ring and housing // Journal of Sound and Vibration. 2019. Vol. 438. P. 419 - 440.
15. Sham Kulkarni, Wadkar S.B. Experimental Investigation for Distributed Defects in Ball Bearing Using Vibration Signature Analysis // Procedia Engineering. 2016. Vol. 144. P. 781 - 789.
16. Хакимзянова А. А., Садиков И.Р., Савин И. А. Вибрационный метод диагностики подшипников качения // Техника и технологии машиностроения: материалы V Междунар. студенческой науч.-практ. конф. Омск: ОмГТУ, 2016. С. 397 - 400.
17. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования / под ред. А.Р. Ширман, А.Б. Соловьев. М.: Изд-во «Машиностроение», 1996. 276 с.
18. Куликов Г.Б., Быков А.В. Использование методов компьютерной диагностики для определения технического состояния подшипников качения полиграфических машин // Известия высших учебных заведений. проблемы полиграфии и издательского дела. 2002. №2. С. 30 - 35.
19. Куликов Г.Б. Диагностика причин повышенной виброактивности печатных секций ротационных печатных машин башенного типа // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2008. № 4. С. 90 -96.
20. Разинкин Е.В. Метод расчета динамических характеристик печатных машин башенного типа: дис. ... канд. техн. наук. М., 2006. 177 с.
21. Быков А.В. Разработка методики диагностирования подшипников качения печатной пары: дис. ... канд. техн. наук. М., 2002. 212 с.
Серкова Любовь Борисовна, аспирантка, lubashka_2010@,mail. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
ANALYSIS OF METHODS OF DIAGNOSTICS OF ROLLING BEARINGS OF THE
PRINTING MACHINE
L.B. Serkova
An Important task in the design and operation of machines is to ensure trouble-free and uninterrupted operation, as well as ensuring the quality of products. Vibrations occurring in the shaft supports of the machine, have a significant impact on the quality of products. In this paper, the methods of diagnostics of vibrations arising in rolling bearings are considered, the analysis of methods of diagnostics of rolling bearings of printed pair is presented.
Key words: vibration, rolling bearing, printing pair, printing machine.
Serkova Lyubov Borisovna, postgraduate, lubashka_2 01 Q a mail. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University
УДК 655.33; 621.382
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЗАПОЛНЕНИЯ КРАСКОЙ ЯЧЕЕК ТРАФАРЕТНОЙ ФОРМЫ
Х.А. Хилаль, Н.Е. Проскуряков, Е.Н. Гусак, С.Н. Литунов
Предложена методика расчета величины заполнения ячеек. При расчете скорость дозирующего ракеля принимали 2...20 см/с, угол его наклона 75...1050. Для этих параметров расчетное давление в специальной жидкости под дозирующим ракелем составляет 18893 - 34604 Па, скорости движения ракеля 20 см/с и 13956-16150 Па для скорости движения ракеля 10 см/с. Расчетная глубина заполнения ячеек сетки №16534 специальной жидкостью находится в пределах от 42 до 64 мкм.
Ключевые слова: печатная электроника, трафаретная форма, конформные отображения, преобразование Жуковского.
В группе технологий под общим названием «печатная электроника» центральное место занимает способ трафаретной печати. С ее помощью изготавливают ЬТСС-микросхемы [1 - 3], сенсоры различного назначения
115
