CC BY
73
УДК 620.179*21.822.*
В. Ю. ТЭТТЭР И. В. ФЁДОРОВ В. Г. ШАХОВ
Омский государственный университет путей сообщения
Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта,
г. Омск
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ВИБРАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ И ГЛУБИНЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ_________________________________________________
В статье обсуждаются результаты экспериментальных исследований и математической обработки сигналов вибрации, получаемых при прокрутке подшипников. Анализируется проявление диагностических признаков дефектов в спектрах сигналов виброускорения, виброскорости и виброперемещения. Делается вывод о целесообразности анализа спектров виброскорости и виброперемещения для повышения достоверности и глубины диагностирования.
Ключевые слова: вибрация, диагностика, подшипник, спектр, дефект, интегрирование.
Подшипники качения являются неотъемлемой частью большинства роторних механизмов |! | За-частую они определяю! основные эксплуатационные показатели оборудования. В ряде случаев их неисправности являются причинами серьезных отказов. Контроль и прогнозирование технического состояния позволяет сократить количество неплановых ремонтов и уменьшить соответствующие затраты.
Диагностирование являе тся основой для повышения качества ремонта и эксплуатационной надежности. снижения общих затрат на ремонт оборудования \7\.
Совершенствование диагностического оборудовании ведется в направлениях расширения функциональных возможностей, увеличения глубины и повышения достоверности диагностирования. Отыскание дополнительных диагностических признаков дефектов поможет частично решить эти задачи. Данная работа посвящена поиску дополнительных диагностических признаков в сигналах виброскорости и виброперемещения.
В настоящее время диагностирование роторных машин в большинстве случаев веде тся с использованием сигналов виброускорения. Объясняется это тем, что разрушающее действие на узлы машин оказывают в основном силы, а по второму закону Ньютона сила, действующая на массу, вызывает ускорение, а не ее движение или перемещение. Скорость, а тем более смещение, очень сильно зависят от того, как долго действовала сила п одном направлении, и чем больше частота действующей силы, тем меньше скорости. и смещение, вызванное этой силой |3). Таким образом, сравнивать силы, действующие с разными частотами, желательно коспектрам виброускорений.
Сигнал, полученный с акселерометра, может быть с большой точностью преобразован в с и 1-налы вибро-
скорости и виброперемещения с помощью интегрирования. В результате интегрирования понижается уровень высокочастотных составляющих — в два раза при каждом удвоении частоты (6 дБ на октаву). Считается, что информация, содержащаяся в сигнале виброускорения, визуально более наглядна, чем в сигнале виброскорости, так как в этом случае «подчеркиваются» высокочастотные составляющие.
Характерные для дефектных элементов подшипника частоты (диагностические признаки) располагаются и в низкочастотной области, но они трудноразличимы на фоне помех. 11ри интегрировании сигнала вибрации помимо понижения уровня высокочастотных составляющих происходит также выделение низкочастотных составляющих сигнала на фоне об щето уровня вибрации и шумов. Из Этою следует, что признаки дефектов, которые в спектре сигнала виброускорения неразличимы, должны быть более отчетливо выражены в сигналах виброскорости и виброперемещения.
Экспериментальные исследования дефектных полтинников проводились на специальном стенде с использованием диагностического комплекса «Прогнозам».
С помощью программы «VibroRec 2.0» («цифровой магнитофон») записывались сигналы виброуско-рения с бездефектного подшипника, вращающегося со скоростью 300 об/мин. «Цифровой магнитофон» позволяет оцифровывать входной аналоговый сигнал с разрешением в 16 бит и частотой дискретизации 65530 Гц и сохраня ть его в памяти компьютера. В качестве первичного преобразователя использовались датчики виброускорения ВД-03.
При установке бездефектного подшипника на опору стенда были намеренно нарушены правила посадки, что должно было привести к появлению
(Гчі
Рис. 1. Спектры сигналов вибрации
Рис. 2. Спектр огибающей сигнала пиброускорения
Чтт.тл (Га)
Рис. 3. Спектр огибающей сигнала виброскорости
Рис. 4. Спектр огибающей сигнала внброперомещеним
МАШИНСЖДЕмИ!
группы дефектов под условным ноименованием «Неоднородный радиальный натяг». Такие дефекты обычно являются дефектами сборки, в частности, следствием посадки подшипника на вал, диаметр которого больше допустимого, перекоса вращающегося кольца. повышенной осевой нагрузки на подшипник Признаками этих дефектов является рост гармонических составляющих в спектре огибающей вибрации начетных и, прежде всего, на второй гармонике частоты вращения вала (в пашем случае частота вращения вала составляет около 5 Гц). Действие дефекта проявляется обычно сразу после установки подшипника и сопровождается ростом вращающейся нагрузки в двух противоположных точках внутреннего кольца подшипника, что приводит к ускоренному износу из-за перегрузок, действующих на поверхности качения. По мере износа эти перегрузки снижаются, и признаки неоднородного натяга могут исчезнуть, однако ускоренный износ подшипника продолжится [4].
В результате экспериментов были получены спектры сигналов виброускорения и спектры огибающих сигнала Полученные сигналы подверглись следующей обработке:
— из сигнала исключается постоянная составляющая;
— отфильтровываются высокочастотные составляющие сигнала;
— производится интегрирование сигнала, после интегрирования получаем сигнал виброскорости;
из сигнала виброскорости исключается постоянная составляющая;
— отфильтровываются высокочастотные составляющие сигнала;
— производится интегрирование сигнала, после чего получаем сигнал вибронеремещения;
— отфильтровываются высокочастотные составляющие сигнала вибронеремещения.
Длясишаловвиброскоросги и виброперемещения также были получены прямые спектры и спектры огибающих.
На рис. 1 приведены прямые спектры сигналов (синий цвет - спектр виброускорения, зеленый цвет -спектр виброскорости, красный цвет — спектр виб-роперемещения). Вертикальные линии соответствуют частоте вращения нала и ее гармоникам.
Анализ графиков показывает, что в спектре виброскорости гармоники оборотной частоты имеют более высокий уровень, чем в спектре виброускореиия, а в спектре вибронеремещения — еще более высокий. Если в спектре виброускорения уровень гармоник частоты вращения вала сопоставим с шумом, то в сигналах виброскорости и вибронеремещения этот уровень заметно выше.
11а рис. 2, 3, 4 изображены спектры огибающих сишалов вибрации. Из сравнения видно, что признаки дефекта «Неоднородный радиальный натяг» проявляются только в спектре огибающей сигнала вибропере-мещения.
По результатам исследований можно сделать вы-водотом, что для увеличения глубины диагностирования целесообразно анализировать не только сигналы виброускореиия, но и сигналы виброскорости и вибронеремещения. Это позволяет выявлять рапсе не обнаруживаемые дефекты, допущенные при монтаже подшипника, — перекосы, неоднородный радиальный натяг.
Библиографический список
1 Подмастерьем К.В. Электроиарлметрнческие методы комплексного дилтпетироплнии опор КЛЧРНИЙ / К.В ПоДМДС-тпрьАИ — М Млшиногтроеине*!, 9001 - 376 с
2. Тзгтзр 11.10. Развитие систем измерении вибрации и иибродиа! ностики роторных механизмов / В.Ю Тэттзр. В.И. Щедрин // Актудлъиые проблемы электронного приборостроении труды V Междунор науч.-техн конф. - Новосибирск : МГТУ. 2000. — С. 114-115.
3. Дггллф Л.Л. Курс физики : учеб. пособие дли высших технических учебных заведений. -4 -е изд., нспр / А.А. Дегллф. Б.М. Яворский - М.: Аса<1опиа. 2003 - 720 с.
4. Барков А.В. Мониторинг и дилгиостикл роторных ммшии по вибрации/АВ Ьлркоп, П.А Баркоод. АЛО. Азовцев. - Слпкт Петербург : Изд. СПб. юс морского техн. ун-та, 2000. — 169 с.
ТЭТТЭР Владимир Юрьевич, кандидаттехннческих наук, началиіик отдела разработки новых методов и технологий диагностирования Научно-исследовательского института технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта.
Адрес для переписки: e-mail: [email protected] ФЁДОРОВ Иван Васильевич, аспирант кафедры «Автоматика и системы управлении» Омскою государственного университета путей сообщения, инженер научно-технического центра «Транспорт». Адрес для переписки: e-mail: [email protected] ШАХОВ Владимир Григорьевич, кандидат технн ческих наук, профессор кафедры «Автоматика и системы управления»Омского государстве иного университета путей сообщения, научный консультант Научно-исследовательского института технологии, контроля и диагностики.
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Стлтьи поступила п редакцию 20.03.2009 г.
© В. Ю. Тчтгэр, И. В. Федоров. В. Г. Шахов
Книжная полка
Боровский, Г. В. Справочник инструментальщика |Текст|/ Г. В. Боровский, С. Н. Григорьев, А- Р. Маслов; под ред. Л. Р. Маслова. — 2-е изд., нспр. — М.: Машиностроение, 2007. — 463 с.: рис., табл. — ISBN 978-5-217-03389-8.
Помещены справочные данные, необходимые для конструирования и рациональной эксплуатации режущего иабразивпого-алмазногоинстумента. Приведены сведения о современных инструментальных материалах, режущих и вспомогательных инструментах, в том числе об инструментальной оснастке станков с ЧПУ. методах модификации рабочих поверхностей металлообрабатывающего инструмента, режимах термообработки. методах затачивания, контроля, маркировки, консервации и упаковки инструмента.
Предназначен для инженеров-конструкторов и технологов машиностроении, может быть полезен студентам технических университетов, обучающихся по специальности «Технологии машиностроения, металлообрабатывающие станки и инструменты».
