CC BY
23
УДК 629.4.06:621.822.614
Борзилов I. Д. , к. т. н. (УкрДАЗТ) Равлюк В. Г., ст. викладач (УкрДАЗТ)
ВИЗНАЧЕННЯ Д1АГНОСТИЧНИХ ОЗНАК ТЕХН1ЧНОГО СТАНУ ЕЛЕМЕНТ1В П1ДШИПНИК1В КОЧЕННЯ БУКСОВИХ ВУЗЛ1В
РУХОМОГО СКЛАДУ
Вступ. Прагнення до зниження експлуатацшних витрат i тдвищення надiйностi вузлiв рухомого складу викликае необхiднiсть визначати техшчний стан буксових вузлiв вантажних вагошв засобами вiбрацiйного дiагностування. Правильне визначення дiагностичних ознак за параметрами вiбращl машини дозволяе визначати технiчний стан дослщжуваних вузлiв без розбирання. Протягом проведення регулярних вимiрювань вiбрацiйних характеристик може бути виявлена поява нових пошкоджень й простежений 1х розвиток, що дозволяе прогнозувати час досягнення шдвищеного рiвня вiбраци, для усунення аваршнонебезпечних ситуацiй.
Анал1з останнш публжацш. Зареестроват вiбрацiйнi реалiзацil мiстять багато щнно! шформацп, яку повнiстю сприйняти практично неможливо у зв'язку iз чим сигнали зазнають попередньо! обробки рiзними методами з метою видшення складових з певними характеристиками [1, 3,
4].
Встановлено [5], що з точки зору розвитку пошкоджень на раншх стадiях доцiльним е дослщження частотних дiапазонiв 3 - 5 кГц, а також визнана ефектившсть використання ексцесу [2] для дiагностування пошкоджень на рiзних етапах розвитку. Однак стосовно вiбрацiйного дiагностування пiдшипникiв кочення не представляеться можливим видшяти дiагностичнi ознаки технiчного стану у зазначеному дiапазонi внаслiдок надмiрноl кiлькостi гармонiчних складових, а коефщент ексцесу е безадресною дiагностичною ознакою, що не дозволяе визначати пошкоджений елемент пiдшипника кочення, надаючи лише шформацш про узагальнений технiчний стан.
Початково дослщження з видiлення дiагностичних ознак технiчного стану пiдшипникiв кочення базувались на використаннi в процес аналiзу
широкосмугових октавних або 1/3-октавних фiльтрiв [6] причому контролювали або змшу рiвнiв складових спектра, або наявшсть в ньому складових, рiвень яких перевищуе заданi граничнi величини. Теоретично дослщження вузькосмугового спектру та спектру обвщно! вiбраци у порiвняннi з 1/3-октавним спектром представляе значно бiльшi можливостi для оцiнки техшчного стану пiдшипникiв кочення, проте шд час практичного застосування цих заходiв часто виникають труднощi iз штерпретащею окремих спектральних складових.
Мета статл - отримання залежностей дискретних складових на спектрах обвщно! вiбраци, що вiдповiдають рiзним технiчним станам елеменлв пiдшипникiв кочення буксових вузлiв рухомого складу.
Визначення дiагностичних ознак техшчного стану. Зпдно з [6], техшчний стан буксового вузла визначаеться п незалежними величинами х1, х2,..., хп. Отже, технiчний стан можливо визначити, якщо вiдоме значення кожно! iз п величин х1. Розв'язання такого завдання можливе i в
тому випадку, якщо х1 будуть вираженi через будь-якi iншi величини , 82, ..., 8т, якi вiдомi. Такий непрямий процес визначення невщомих параметрiв стану х1 шляхом вимiрювання доступних параметрiв дiагностичного сигналу 82, ..., 8т та обчисленню параметрiв стану х1 за допомогою вiдомих заздалегiдь спiввiдношень х1 = х1(в1, 82,..., 8т) називаеться дiагностуванням. Таким чином, визначення залежност параметрiв стану вiд величини параметрiв сигналу складае найважливiший i самий трудомiсткий етап розробки системи дiагностування.
Найпростiшим з точки зору щентифшаци е биття осi або обкочування зовшшнього кiльця пiдшипника, що не являеться пошкодженням тдшипника, а свщчить лише про режим його роботи з шдвищеним обертовим навантаженням, яке впливае на зниження його ресурсу. Ознакою цього режиму роботи тдшипника е поява в спек^ обвщно! вiбрацil невелико! (до кшькосл гармонiчних складових вiбрацil (3-4) з частотами к^б, з яких максимальш амплiтуди припадають на 1-3 гармошку (рисунок 1).
Раковини (трщини) на зовшшньому кiльцi пiдшипника призводять до появи коротких ударних iмпульсiв при контакт кожного тiла кочення з раковиною (трщиною). У результатi з'являеться низка гармонiк iз частотами Гзовн у спектрi обвщно! вiбрацil, причому кшьюсть цих гармонiк е досить значною, а !хня амплiтуда слабко знижуеться iз зростанням к, (рисунок 2).
Рисунок 1 - Спектр обвщно! вiбрацil при обкочуванш зовнiшнього кiльця
тдшипника кочення
ДБ
80
60
40
20
---- __ -п 2fзoвн Л.ЬйрЛ-иУ. 08 н 4Тзовн МлА ,1 Ли 5Тзовн
» - ---"1ПГ ТГ тЩя
50
100
150
200 Гц
Рисунок 2 - Спектр обвщно! вiбрацil iз раковиною (трщиною) на зовнiшньому кiльцi пiдшипника кочення
Зношування тш кочення й сепаратора в шдшипнику вiдноситься до найнебезпечшших пошкоджень, тому що розвиваеться досить швидко. За спектром обвщно! вiбращ! виявляеться в першу чергу пошкодження, що представляе собою викришування поверхнi одного (групи) тiла кочення i вказуе на прискорене зношування те! дiлянки сепаратора, що контактуе з пошкодженим тiлом кочення. Саме ця ознака е загальною для розглянутих двох пошкоджень шдшипника. Ознакою зношування тiла кочення е поява в спектрi обвiдно! вiбрацi! гармошчно! складово! iз частотою ^ (при статичному навантаженш на пiдшипник) або ^б - fс (при обертальному навантаженнi). Складовi iз кратними гармошками по мiрi зростання кратностi швидко зменшуються за амплiтудою (рисунок 3).
Складне пошкодження шдшипника визначаеться на пiдставi появи дiагностичних ознак двох або бшьше розвинених пошкоджень в тому випадку, коли !х ознаки розглядаються не незалежно, а призводять до появи в спектрi гармошк з рiзними комбiнацiйними частотами. Таю ознаки з'являються при раковинах на зовшшньому кiльцi, обертовому навантаженнi на тдшипник iз одночасним сильним зношуванням кшець, при наявностi раковин на зовшшньому й внутршньому кiльцях i додатковому сильному осьовому навантаженнi на шдшипник.
ДБ
80
60
40
20
1 .....................—
/ 2\с .л.../..............., г.......................
1 Ьб и зь
25
50
75
100 Гц
Рисунок 3 - Спектр обвщно! вiбрацi! при зношуванш тiл кочення й
сепаратора
Порушення змащення пiдшипника кочення призводить до зростання високочастотно1 вiбраци, що i е основною дiагностичною ознакою зазначеного порушення. Як правило, якщо це пошкодження виявляеться единим, у спектрi обвщно1 вiбраци вщсутт середнi й сильнi пошкодження шших типiв.
В таблицi 1 наведений перелж дiагностичних ознак пошкоджень, що щентифжуються пiд час дiагностування тдшипниюв кочення за одноразовими вимiрюваннями спектра обвщно! вiбраци. Цi ознаки можна використовувати для розшзнавання пошкодження у випадку, якщо воно е одиничним, тобто за умови вщсутност розвинених пошкоджень в шших вузлах дiагностуючого об'екту.
Таблиця 1 - Перелж дiагностичних ознак пошкоджень елеменлв шдшипниюв кочення буксових вузлiв_
№ Вид пошкодження Спектр вiбрацil Спектр обвщно1
основш додатковi основнi додатковi
1 Биття ос kfоб немае зростання ВЧ k<10 немае зростання ВЧ
2 Зношування зовшшнього кiльця f ^зовн f k<3 зовн зростання ВЧ f зовн f k<3 зовн зростання ВЧ
3 Раковини, трiщини на зовшшньому кiльцi kfз, к>3 зростання ВЧ kfз, k>3 зростання ВЧ
4 Зношення внутрiшнього кшьця kfоб kfоб, зростання ВЧ kfоб ^об, зростання ВЧ
5 Раковини, трiщини на внутрiшньому кшьщ kfв kfоб, зростання ВЧ kfв kfоб, зростання ВЧ
6 Зношення тiл кочення й сепаратора fс, (^б - ^ kfс, k(fоб - fс), зростання ВЧ ^с, k(fоб - fс), зростання ВЧ
7 Раковини, вщколи на тiлах кочення 2kfTк 2kfтк, зростання ВЧ 2kfтк 2kfтк, зростання ВЧ
8 Проблеми змащування зростання ВЧ
де ^б - частота обертання осц
^ - частота перекочування тш кочення по внутрiшньому кiльцi;
£ювн - частота перекочування тiл кочення по зовшшньому кшьцц
^ - частота обертання тш кочення;
^ - частота обертання сепаратора;
ВЧ - високочастотна область спектра вiбрацi!.
Ниш, фахiвцями кафедри «Вагони» проводяться дослщження з видiлення й уточнення дiагностичних ознак технiчного стану елеменлв пiдшипникiв кочення буксових вузлiв вантажних вагошв у вагонному депо «Основа» Швденно! залiзницi.
Висновки. Складний характер зареестровано! вiбрацi! буксових вузлiв рухомого складу потребуе залучення сучасних методiв обробки вiбрацiйних сигналiв для усунення завад та видшення корисного сигналу. Вкрай важливим завданням, розв'язання якого дозволяе вчасно виявляти передаваршний стан та шдвишувати безпеку руху по!здiв е проведення грунтовних дослiджень з метою штерпретаци та класифiкацi! отриманих дискретних частотних складових на спектрах обвщно! вiбрацi!, що ототожнюються з техшчним станом пiдшипникiв кочення буксових вузлiв рухомого складу.
Список лтератури
1. Горбунов А. А., Диментберг Н. Ф. Некоторые задачи диагностики для колебательной системы с периодическим параметрическим возбуждением // Механика твердого тела. - 1974. - №2. - С. 49 - 52.
2. Дайер Д., Стюарт Р. Обнаружение повреждений подшипника качения путем статистического анализа вибраций // Тр. амер. о-ва инж.-мех. Конструирование и технология машиностроения. - 1978. - Т. 100, №2. - С. 23 - 31.
3. Заболотний О.В, Михайлинин В. Ю. В1брод1агностика тдшипниюв кочення методами перюдично корельованих випадкових процеав // В1дб1р 1 обробка шформацп. - 2002. - №14(90). - С. 53 - 58.
4. Косенко Г. Д., Гиоев З. Г., Бабаков В. П. Техническая диагностика машин. -М.: Машиностроение, 1988. - 322 с.
5. Мэтью, Альфредсон Применение вибрационного анализа для контроля технического состояния подшипников качения // Тр. амер. о-ва инж.-мех. Конструирование и технология машиностроения. - 1984. - Т. 106, - № 3. - С. 100 - 108.
6. Павлов Б. В. Акустическая диагностика механизмов. -М.: Машиностроение, 1971. - 427 с.
