Оценка состояния колец подшипников с применением ультразвукового и виброакустического методов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 620.179.162

С.С. Щеголев, А.Г. Мотков, А.А. Игнатьев ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО И ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДОВ

Выполнен сопоставительный анализ методов ультразвукового и виброаку-стического контроля по распознаванию дефектов в кольцах подшипников. Доказана применимость каждого метода для определения дефектов в кольцах. Обозначены основные отличительные особенности каждого из методов.

Дефект, кольцо подшипника, размер дефекта, ультразвуковой метод, виброакустический метод

S.S. Shchegolev, A.G. Motkov, A.A. Ignatyev

ASSESSMENT OF THE BEARING RINGS USING THE ULTRASONIC OR ACOUSTIC METHODS

A comparative analysis is usedfor the methods of ultrasonic and acoustic control to detect the defects in the rings of the bearings. It is proved that each of the methods can be applied to detect defects in the rings. The main distinctive features of each method have been identified.

Defect, ring of the bearing, defect size, ultrasonic method, vibro-acoustic method Определение локальных дефектов в кольцах подшипников возможно с помощью ряда методов. [1] Однако только виброакустический и ультразвуковой методы позволяют обнаружить внутренние дефекты колец, в частности, трещины. Это является их отличительной особенностью от других методов неразрушающего контроля.

В данной статье производится сопоставление методов виброакустического и ультразвукового контроля на основании анализа измерений серии колец подшипников. В ходе эксперимента каждое кольцо подшипника проходит последовательный анализ с помощью ультразвукового [2, 3] и виброакустического методов. Установка для ультразвукового анализа включает в себя дефектоскоп с подключенным к нему пьезоэлектрическим преобразователем, АЦП для подключения дефектоскопа к ПК, компьютер с установленным на него программным обеспечением, позволяющим анализировать поступивший с АЦП массив данных, снятых с дефектоскопа. Для реализации виброакустического метода требуется установка, позволяющая производить точечное импульсное воздействие на объект исследования, прибор для измерения шума и вибрации, пьезоэлектрический датчик и персональный компьютер с программным обеспечением, анализирующим виброакустический сигнал.

Каждый из предложенных методов обладает характеристиками, присущими только ему. В частности, обработка данных виброакустическим методом занимает порядка 10 секунд при исследовании одного кольца. В то время, как обработка данных, полученных ультразвуковым методом занимает примерно 2-3 минуты. (фраза типа экспресс-диагностики для всех)

При этом ультразвуковой эхо-метод позволяет точно определить местоположение (координаты и глубину залегания трещины). Виброакустический метод свободных колебаний позволяет охарактеризовать только общее состояние исследуемого кольца на наличие дефекта.

В плане реализации для работы и ультразвукового, и виброакустического методов разработано специализированное программное обеспечение, позволяющее проводить обработку данных и давать заключение о наличии дефекта. При этом для использования методов не требуется особых знаний в специализированной предметной области.

Эксперимент заключается в поиске дефектов в кольцах подшипников с использованием рассматриваемых методов. Для обеспечения достоверности сканирование каждого кольца многократно повторяется. Примеры полученных результатов приведены на рисунках.

I І дефект* її

I

Рас его* —- ,ки

Рис. 1. Графики, полученные в результате исследования первого из колец подшипников серии с помощью ультразвукового (а) и виброакустического (б) методов

Частота(Гц)

Частота(Гц)

Рис. 2. Графики, полученные в результате исследования пятого из колец подшипников серии с помощью ультразвукового (а) и виброакустического (б) методов

Частота(Гц)

Рис. 3. Графики, полученные в результате исследования шестого из колец подшипников серии с помощью ультразвукового (а) и виброакустического (б) методов

Таким образом, на основании ультразвукового метода контроля в кольцах подшипников под условными номерами 1-3 и 5 выявлены дефекты. Кольцо под номером 4 является бездефектным. Это подтверждено виброакустическим методом. Далее приведены значения для каждого из колец подшипников.

Первое кольцо характеризуется значением амплитуды на резонансной частоте, равным 0,0017. При этом в кольце имеется дефект, размер которого составляет 295 мкм.

Для второго кольца значение амплитуды на резонансной частоте равно 0,0021. При этом в кольце присутствуют дефекты, размеры которых составляют 201, 207 и 293 мкм.

Для третьего кольца значение амплитуды на резонансной частоте равно 0,0022. При этом в кольце присутствуют дефекты, размеры которых составляют 209 и 340 мкм.

Для четвертого кольца значение амплитуды на резонансной частоте равно 0,0039. При этом в кольце дефектов не обнаружено.

Пятое кольцо характеризуется значением амплитуды на резонансной частоте, равным 0,0013. При этом в кольце имеется дефект, размер которого составляет 395 мкм.

Для большей наглядности все полученные дефекты сведем в таблицу.

Сравнение результатов ВА и УЗ методов дефектоскопии

Номер кольца Ультразвуковой анализ (размер дефекта) Виброакустический анализ (показатель динамичности)

1 295 0,0017

2 201, 207, 293 0,0021

3 209, 340 0,0022

4 Дефектов не обнаружено 0,0039

5 395 0,0013

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы. С возрастанием размера дефекта уменьшается значение амплитуды на резонансной частоте. Это отчетливо видно на примере кольца под номером 5. Оно имеет дефект максимального размера и при этом минимальное значение амплитуды на резонансной частоте. В свою очередь, бездефектное кольцо имеет максимальное значение амплитуды, причем оно отличается на величину 0,0017 от максимального полученного значения данного параметра в дефектном кольце. Стоит отметить, что значения амплитуд в кольцах с несколькими дефектами незначительно превышают значения амплитуд в кольцах с единственным дефектом, но это не играет роли в процессе определения состояния кольца.

Из сравнительного анализа следует, что оба метода применимы для поиска дефектов в кольцах подшипников. При этом рекомендуется применение виброакустического метода для экспресс-анализа колец подшипников, а ультразвукового - для детального анализа отбракованных колец, так как метод позволяет определять точный размер и положение дефекта. Считается, что для однозначной оценки состояния любой детали необходимо применение двух различных методов неразрушающего контроля. Дальнейшая работа состоит из объединения предложенных методов для анализа колец подшипников на наличие дефекта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика / В.В. Клюев. М.: Машиностроение, 2003. 656 с.

2. Щеголев С.С. Экспериментальное обнаружение неоднородностей в строении внешнего кольца подшипника качения колесной пары вагона / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. 2012. С. 202-207.

3. Щеголев С.С., Мотков А.Г. Использование ультразвукового метода для определения дефектов внешних колец подшипников качения колесной пары вагона / С.С. Щеголев, А.Г. Мотков // Современные вопросы науки и образования - XXI век. 2012. С. 160-161.

Щеголев Сергей Сергеевич - Sergey S. Shchegolev -

аспирант кафедры «Автоматизация, управление, Postgraduate

мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Department of Automation, Control and Mechatronics, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Мотков Александр Геннадьевич -

аспирант кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Aleksander G. Motkov -

Postgraduate

Department of Automation, Control and Mechatronics, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Игнатьев Александр Анатольевич -

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Aleksander A. Ignatyev -

Dr. Sc., Professor

Head: Department of Automation, Control and Mechatronics,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Статья поступила в редакцию 15.10.13, принята к опубликованию

135