22 февраля 2020г.
Вибрация механизмов и машин образуется различными колебательными силами. Поэтому вибрация состоит из определенных составляющих: частоты, амплитуды и периодичности. Для того, чтобы обнаружить необходимые составляющие вибрации следует воспользоваться спектральным анализом – разложение сигнала на частотные составляющие.
Колебательные силы возникают в результате взаимодействия шестерен. Эти силы могут быть периодическими, случайными и ударными. Связано это с ударами зуба о зуб и сопряжением поверхностей зубьев относительно друг друга.
Основным источником вибрации редуктора являются колебательные силы, возникающие в результате взаимодействия шестерен (зубчатого зацепления). Связано это с динамическими ударами «зуба о зуб», (см. рисунок 1) а также «обкатыванием» зубьев и проскальзыванием рабочих поверхностей зубьев относительно друг друга [1].
Для того, чтобы точно определить вибросигнал необходимо выбирать точки контроля в максимальной близости от зубозацепления.[2]
Для этого необходимо подобрать определенный вид датчика, который позволит правильно считывать показания вибрации в мотор-редукторе. Существует несколько видов: [3] Датчики с резистивыными элементами; датчики с индуктивными ЧЭ; датчики с емкостными чувствительными элементами; датчики с пьезоэлектрическими ЧЭ.
Из-за очень высокой частоты собственных колебаний (от 30 до 50 кГц) пьезоэлектрические акселерометры особенно пригодны для высокочастотных процессов в диапазоне до20 кГц. Нижняя предельная частота таких преобразователей определяется применяемы усилителем и лежит в пределах 0,5- 10 Гц. Максимальные ускорения определяются конструкцией датчиков и могут составлять величины от 1 до 105,2м /c. Этот вид датчика обладает максимальной точностью и подходит для условий работы редуктора в частотном диапазоне от 10 Гц до 92 Гц. [4]
Крепление датчика производится с помощью магнитов, устанавливать их следует вдоль или перпендикулярно линии, соединяющей центры валов. Помимо верного определения параметров диагностики,
обязательным условием корректной оценки текущего технического состояния редуктора/мультипликатора, является наличие высокочувствительных измерительных приборов, способных измерять вибрацию в широком частотном диапазоне и обладающих развитым математическим аппаратом. [5]
Наиболее эффективный метод вибродиагностики редукторов, с помощью которого можно определить глубину и тип дефекта в редукторе – анализ прямого спектра сигнала
Вибродиагностика зубчатых
соединений
основывается на
появлении
скачков
вибраций. Каждый дефект зубчатой
пары
образуется
на определенной частоте.
Зная частоту, на
которой
произошли амплитудные скачки вибрации, можно определить их причину, а также и глубину дефекта.
Для оценки состояния зубчатых передач в редукторе Lenze установим датчики в вертикальном и горизонтальном направлениях, перпендикулярных оси вращения вала.
Частота вращения входного вала 50 Гц, выходного вала – 25 Гц, число зубцов входного вала – 52, число зубцов входного вала – 104.
На рисунке 3 наблюдаем
спектр сигнала с определенным шагом по частоте в диапазоне 100 Гц. Разрешение анализа спектра – 0,13 Гц.
На спектральном графике есть пик на частоте 92 Гц. Если такой частотный пик имеется в спектре вибродатчика, то это говорит о биениях при каждом обороте вала. Для того, что правильно определить источник биения необходимо установить датчик перпендикулярно оси вращения входного вала. Затем, необходимо проверить, как вибрационный фон других механизмов влияет на спектр вибрации основного фона. Для этого следует установить датчики на сервисных механизмах и убедиться в том, что сигнал на частоте 92 Гц. не исходит от других частей механизма. На Рис. 4 отображен спектр сигнала в диапазоне до 1000 Гц. с разбитием по шагам.
Для определения источника основного биения следует установить датчики на подшипниковых узлах и сравнить полученные результаты. Так же
нужно сравнить сигналы
на
опорах механизмов, расположенных в непосредственной близости от исследуемого редуктора, чтобы понять – не исходит ли данный спектр 90 Гц от других частей линии [6]. На рисунке 4 изображен спектр в диапазоне 1100 Гц с одинаковым шагом сигнала.
Частотное разрешение спектрального анализа составляет 1,3 Гц. На этом рисунке видны пики на частотах 92, 183, 268 и так далее на кратных 92 Гц частотах. Отчетливо видны частотные пики по 8 –ой гармонике 92 Гц. Если есть гармоники частоты,
по которой определяют зубчатые зацепления, значит
,биение происходит не по гармоническому закону. А гармоники 2 и 4 свидетельствуют о несимметричных колебаниях. На рис. 4. спектрального анализа проявляется зубцовая частота в пределах 1000 Гц. Приведенные скачки амплитуды свидетельствуют о начальной стадии развития дефектов зубчатого зацепления. Максимальные скачки амплитуды в диапазоне до 500 Гц говорят о неравномерности износа зубчатого
соединения. Дефект проявляется не по всей окружности зубцов, а в местах сильно изношенных.
На рисунке 5 представлен спектр сигнала датчика оборотов с равномерным шагом по частоте в частотном диапазоне до 100 Гц. Шаг по частоте и частотное разрешение спектрального анализа составляет 0,12 Гц. Так как пики 1,5 одинаковы,
это говорит о том, что вращение вала создает вибрацию и расположение датчиков выбрано правильно.
Таким образом, в ходе исследования был проведен анализ наиболее эффективного метода вибродиагностики редуктора, построен спектр сигнала вибрации и проанализирован. В ходе анализа (см. Рис. 6) был выявлен дефект зубчатого
соединения и подтвержден при ремонте двухступенчатого мотор- редуктора Lenze.
Список литературы
1.
Биргер И.А. Техническая диагностика. – М.: Машиностроение, 1978. – 239 с.
2. Виброакустическая
диагностика
зарождающихся дефектов
/Ф.Я.
Балийкий,
М.А.
Иванова, А.Г. Соколова, Е.И. Хомяков. – М.: Наука, 1984. – 120 с.
3.
Вибрация энергетических машин. Справочное пособие./Под ред. Н.В. Григорьева. – Л.: Машиностроение, 1974. – 464 с.
4.
Вильнер Л.Д. Виброскорость как критерий вибрационной напряженности упругих систем. Проблемы прочности. 1970. №9. С. 42-45.
5.
Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. – М.: Машиностроение, 1987. – 288 с.
