CC BY
35
УДК 534.647:621.432 (001.8)
В.Н. Костюков, V.N. Kostyukov, e-mail: post@dynamucs.ru А. П. Науменко, А.P. Nmimenko, e-mail:post@dynamucs.ru И. С. Кудрявцева, I.S. Kudryavtceva, e-mail: post@tfynamucs.ru ООО «НПЦ «Динамика», г. Омск? Россия Ltd "SPC "Dynamics", Omsk; Russia
ДИАГНОСТИКА ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ ПО ПАРАМЕТРАМ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ
DIAGNOSIS OF ROLLING BEARINGS ACCORDING TO THE PARAMETERS OF THE CHARACTERISTIC FUNCTIONS
В докладе рассмотрены вопросы применения параметров характеристической функции вибрации для оценки состояния подшипников качения. Приведено описание экспериментальной установки и методики получеши экспериментальных данных. Рассматриваются результаты обработки экспериментальных данных: приводится описание способа диагностирования подшипников качения по параметрам характеристической функции.
The report considers the issues of application of the characteristic function parameters of vibration to assess the condition of rolling bearings. The description of the experimental installation and method of obtaining experimenta] data. Discusses the results of processing experimental data, a description of the method of diagnostics of rolling element bearings oil the parameters of the characteristic function.
Ключевые слова: диагностика, техническое состояние, подшипника каченая, характеристическая
функция
Keywords: diagnostics, technical condition, rolling bearing, characteristic Junction
Анализ аварий и машинного оборудования, в котором имеет место вращательное движение. показал, что значительная доля остановов происходит по причине разрушения под-
142
шшшиков качения (40^50 %). Решением проблемы предотвращения внезапных отказов, подшипников является внедрение вибродиагносгического мониторинга состояния подшипников во время их эксплуатации и переход от планово-предупредительного ремонта к системе технического обслуживания и ремонта по фактическому техническому состоянию.
Практически все известные методы диагностики техшгческого состояния (ТС) подшипников качения основаны на анализе виброакустического (ВА) сигналив во временной или частотной области. Но поскольку работа подшипника в составе агрегата в некоторых случаях сопровождается большим уровнем шума, то возникает вероятность появления ошибки второго рода. Поэтому повышение достоверности результатов диагностирования за счет разработки новых методик является актуальной задачей. В связи с этим большой интерес представляет исследование изменения параметров характеристической фуныши (х.ф.) В А сигналов подшипников при изменении их ТС.
Обычно на практике анализу подвергаются ВА сигналы, имеющие конечное число мгновенных значений, поэтому результат определения значений х.ф. ЙУ) находится по формуле опенки [3].
1 £
0(У) = 1ш1 — Хехр[*«/)], (1)
N
где сг<0 - мгновенные значения ВА сигнала, V - вещественный параметр, N— объем выборки.
Учитывая многолетние исследования авторов, которые показывают что мгновенные значения В А сигналов подшипников подчиняются закону распределения близкому к нормальному, то выражение (1) примет вид:
1 **
в(у)* = 1ш1 — X (0], (2)
Лг^ос- N ы
Таким образом, оценка х ф. может быть получена ш формулы (2). Исходя из приведенных теоретических выкладок, разработана методика получения оценки х.ф. и последующего анализа данных.
С целью выявления параметров х.ф., которые соответствуют различным техническим состоящим и дефектам подшипников, проведены экспериментальные исследования по получению В А сигналов от бездефектного и дефектным подшипникам следующих типов:
-317 (бездефектный):
- 7316 (дефект тел качения):
-46416 (дефект внутреннего кольца);
-46416 (дефект внешнего кольца).
Для исключения влияния различных факторов, несвязанных с дефектами подшипников, эксперимент проводился на приводе 1602 системы вибродиагностики подшипников качения КОМПЛКС® РПП Датчик привода (основной) 1602 подключался к модулю 4440.2 системы КОМПАКС®-ЭКСПРЕСС-3 и осуществлялось измерение вибрашш в радиальном направле-
Эксперименг проводился при частоте вращения /^=5?5; 7,2; 9,2; 10,7 Гц и осевой и радиальной нагрузках 10 кг, 20 кг, 40 кг, 80 кг
С целью контроля общего вибрационного состояния стенда, помимо основного датчика на узлы сгенда 1602 (шпиндельную бабку и станину), устанавливались дополнительные акселерометры.
Сигналы получены с частотой дискретизации /д = 30139 Гц и длиной выборки временной реализации около Т 1 г. Количество отчетов в выборке №=80192. Частота среза анти-апиасингового фильтра Рфпк — 20 кГц (фильтра устранения эффекта наложения спектров).
В результате обработки ВА сигналов подшипников с известными дефектами получены графики х.ф.. Анализ зависимостей (рис. 1) показывает, что параметры х.ф. В А сигналов подшипников качения являются чувствительными к изменению их ТС, причем, состояние подшипника определяется формой х ф Поэтому можно однозначно говорить о параметрах х ф как о диагностических признаках (Д11) ТС подшипников качения.
Анализ параметров х.ф. в зависимости ог видов ТС подшипников показывает, что - применение для диагностирования х.ф. вибрации, благодаря её свойствам обеспечивает получение безразмерного инварианта В А процесса, что является безусловным преимуществом данного ДП [5] по отношению к размерным абсолютным величинам ДП [б; 7] и исключает необходимость подбора исправных и неисправных подшипников-эталонов для установления предельных значений параметров и обучения систем диагностики, что существенно сокращает сроки их разработки и внедрения, при этом:
1) модуль х ф. в широком диапазоне изменения параметра х.ф. V > 0 заключен между 1 и 0, которые являются естественными физическими эталонами «хорошего» и «плохого» состояния подшипников:
в (1)\ 0.8 -
0.6
0.4
0.2
О
Г" 1 11111111 ДОПУСТИМО ТРЕБУЕТ ПРИНЯТИЯ МЕР НЕДОПУСТИМО
N 2
\ 3
1 л [V2 \ 1
и \ г
\
\ N
\ Ч N
\
3\ 1 \
О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2,2
V, с /м
Рис. 1. Зависимость модул? я-ф. ВА сигналов от технического состояния подшипников качения
2) параметр х.ф. г начинается ог 0 для всех 'значений модуля х.ф. й(у)| и при этом параметр х.ф. V стремится к нулю при деградации состояния подшипника - появлении и развитии в нем неисправностей, - и является {(естественной» границей для неисправного подшипника -его эталоном;
- оценка параметра х.ф. V и соответствующего ему значения модуля х.ф |ОД является необходимым и достаточным условием для опенки состояния подшипника:
- оценивание значения параметра х.ф. V при заданном модуле |£?(у)| н определение степени деградации состояния подшипника по его близости к 0, позволяет с высокой достоверностью осуществить диагностирование механизма при фиксированном модуле х.ф. |#(у)| и полученном параметре х.ф. V, резко снижает продолжительность диагностирования, т.к. не требует получения всей зависимости |0(у)|;
- оценивание значения модуля х.ф. (?{у)| при заданном параметре V и определение степени деградации состояния подшипника по его изменению от 1 к 0 позволяет с высокой достоверностью осуществить диагностирование подшипника при фиксированном параметре х.ф. V и полученном модуле х.ф. |0(у)|, и резко снижает продолжительность диагностирования, т.к. не требуется определять всю зависимость |0(у)|_
На основе полученных результатов разработан способ диагностирования технического состояния подшипников качения, который можно нспользовагь для повышения достоверности их диагностирования [8].
Предложенный способ В А диагностики механизмов по х.ф. вибрации [8], основанный на измерении и использовании для диагностики принципиально новых инвариантов - модуля и параметра х.ф. вибрации позволяет повысить достоверность результатов диагностирования при одновременном упрощении диагностической аппаратуры и снижении продолжительности диагностнров ання.
Библиографический список
1. Костюков. В. Н. Повышение операционной эффективности предприятий на основе мониторинга в реальном времени ! В. Н. Костюков. Ан.В. Костюков. - М.: Машиностроение, 2009.- 192 с.
2. Костюков, В. Н. Основы виброакустической диагностики и мониторинга машин: учеб. пособие / В Н. Костюков. А. П. Науменко. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. - 360 с.
3. Вешкурцев, Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. -М.: Радио и связь, 2003. -201.
4. Костюков. В Н. Мониторинг безопасности производства. - М.: Машиностроение,. 2002. - 224 с.
5. Пат. 2314508 Российская Федерация, МПК 001М15/00, <301М7/02. Способ вибродиагностики машин / Костюков В.Н., Бойченко С.Н., Науменко А.П.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика" - Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация". -№ 2006135874; заявл. 10.10.06; опубл. 10.01.08, Бюл. № 1.
6. Костюков. В. Н. Нормативно-методическое обеспечение мониторинга технического состояния поршневых компрессоров / В. Н. Костюков. А.П. Науменко И Контроль и диагностика. - 2005. - № 11_ - С. 20-23.
7. Костюков, В.Н. Решения проблем безопасной эксплуатации поршневых машин I В. Н. Костюков. А.П. Науменко Н Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2009. — № 3. — С. 27-36.
8. Пат. 2514119 Российская Федерация, <301М7/023 001М13/04. Способ вибро диагностики механизмов по характеристической функции вибрации / Костюков ВН., Науменко А.П., Бойченко С.Н., Кудрявцева И.С.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика" - Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация",- № 2012100600/28; заявл. 10.01.2012; опубл. 27.04 2014, Бюл. № 12.
