Вибрационна диагностика на компонентите на железопътните локомотиви: Пълно ръководство за ремонтни инженери

2.3.1.1. Основи на вибрациите: Осцилаторни сили и вибрации във въртящо се оборудване

Основни принципи на механичните вибрации

Механичните вибрации представляват осцилаторното движение на механичните системи около техните равновесни положения. Инженерите, работещи с локомотивни компоненти, трябва да разбират, че вибрациите се проявяват в три основни параметъра: изместване, скорост и ускорение. Всеки параметър предоставя уникална информация за състоянието на оборудването и експлоатационните характеристики.

Вибрационно изместване измерва действителното физическо движение на компонент от неговото положение на покой. Този параметър се оказва особено ценен за анализ на нискочестотни вибрации, които обикновено се срещат при дисбаланси на въртящи се машини и проблеми с основите. Амплитудата на изместване е пряко свързана с моделите на износване на лагерните повърхности и компонентите на съединителя.

Скорост на вибрациите представлява скоростта на промяна на изместването с течение на времето. Този параметър демонстрира изключителна чувствителност към механични повреди в широк честотен диапазон, което го прави най-широко използваният параметър в индустриалния вибрационен мониторинг. Измерванията на скоростта ефективно откриват развиващи се повреди в скоростните кутии, лагерите на двигателите и съединителните системи, преди да достигнат критични етапи.

Ускорение на вибрациите измерва скоростта на промяна на скоростта с течение на времето. Високочестотните измервания на ускорението са отлични при откриване на дефекти в лагери в ранен стадий, повреди по зъбите на зъбните колела и явления, свързани с удар. Параметърът на ускорението става все по-важен при наблюдение на високоскоростни спомагателни машини и откриване на ударни натоварвания.

Характеристики на периода и честотата

Периодът (T) представлява времето, необходимо за един пълен цикъл на трептене, докато честотата (f) показва броя на циклите, протичащи за единица време. Тези параметри установяват основата за всички техники за анализ на вибрациите, използвани в диагностиката на локомотивите.

Компонентите на железопътните локомотиви работят в различни честотни диапазони. Честотите на въртене на колоостите обикновено варират от 5 до 50 Hz по време на нормална работа, докато честотите на зацепване на зъбните колела се простират от 200 до 2000 Hz в зависимост от предавателните числа и скоростите на въртене. Честотите на дефектите в лагерите често се проявяват в диапазона от 500 до 5000 Hz, което изисква специализирани техники за измерване и методи за анализ.

Измервания на абсолютни и относителни вибрации

Абсолютните измервания на вибрациите отнасят амплитудата на вибрациите към фиксирана координатна система, обикновено наземна или инерционна отправна система. Сеизмичните акселерометри и преобразувателите на скорост осигуряват абсолютни измервания, като използват вътрешни инерционни маси, които остават неподвижни, докато корпусът на сензора се движи заедно с наблюдавания компонент.

Измерванията на относителните вибрации сравняват вибрациите на един компонент с вибрациите на друг движещ се компонент. Сондите за близост, монтирани върху корпусите на лагерите, измерват вибрациите на вала спрямо лагера, предоставяйки важна информация за динамиката на ротора, термичното нарастване и промените в хлабината на лагера.

В локомотивните приложения инженерите обикновено използват абсолютни измервания за повечето диагностични процедури, тъй като те предоставят изчерпателна информация за движението на компонентите и могат да открият както механични, така и структурни проблеми. Относителните измервания стават от съществено значение при анализа на големи въртящи се машини, където движението на вала спрямо лагерите показва проблеми с вътрешната хлабина или нестабилност на ротора.

Линейни и логаритмични мерни единици

Линейните мерни единици изразяват амплитудите на вибрациите в директни физически величини, като например милиметри (mm) за преместване, милиметри в секунда (mm/s) за скорост и метри в секунда на квадрат (m/s²) за ускорение. Тези единици улесняват директната корелация с физическите явления и осигуряват интуитивно разбиране на силата на вибрациите.

Логаритмичните единици, по-специално децибелите (dB), компресират широки динамични диапазони в управляеми скали. Децибелната скала се оказва особено ценна при анализ на широколентови вибрационни спектри, където амплитудните вариации обхващат няколко порядъка. Много съвременни вибрационни анализатори предлагат както линейни, така и логаритмични опции за показване, за да отговорят на различните изисквания за анализ.

Международни стандарти и регулаторна рамка

Международната организация по стандартизация (ISO) установява световно признати стандарти за измерване и анализ на вибрациите. Серията ISO 10816 определя критериите за тежест на вибрациите за различни класове машини, докато ISO 13373 разглежда процедурите за наблюдение на състоянието и диагностика.

За железопътни приложения, инженерите трябва да вземат предвид специфични стандарти, отнасящи се до уникални експлоатационни среди. ISO 14837-1 предоставя насоки за вибрации, предавани от земята, за железопътни системи, докато EN 15313 установява спецификации за железопътни приложения за проектиране на колоосите и рамките на талигите, като се вземат предвид вибрациите.

Руските ГОСТ стандарти допълват международните изисквания със специфични за региона разпоредби. ГОСТ 25275 определя процедурите за измерване на вибрациите на въртящи се машини, докато ГОСТ Р 52161 разглежда изискванията за вибрационно изпитване на железопътния подвижен състав.

Класификации на вибрационните сигнали

Периодична вибрация повтаря идентични модели през равни интервали от време. Въртящите се машини генерират предимно периодични вибрационни сигнатури, свързани със скоростите на въртене, честотите на зацепване на зъбните колела и проходите на лагерните елементи. Тези предвидими модели позволяват прецизно идентифициране на повредите и оценка на тежестта им.

Случайна вибрация проявява по-скоро статистически, отколкото детерминистични характеристики. Вибрациите, предизвикани от триене, шумът от турбулентен поток и взаимодействието между пътя и железопътния транспорт генерират случайни вибрационни компоненти, които изискват техники за статистически анализ за правилно тълкуване.

Преходни вибрации се случва като изолирани събития с крайна продължителност. Ударните натоварвания, зацепването на зъбите на зъбното колело и ударите на лагерните елементи създават преходни вибрационни сигнатури, които изискват специализирани техники за анализ, като например синхронно осредняване по време и анализ на обвивката.

Дескриптори на амплитудата на вибрациите

Инженерите използват различни амплитудни дескриптори, за да характеризират ефективно вибрационните сигнали. Всеки дескриптор предоставя уникална информация за характеристиките на вибрациите и моделите на развитие на разломите.

Пикова амплитуда представлява максималната моментна стойност, възникваща по време на периода на измерване. Този параметър ефективно идентифицира събития от тип удар и шокови натоварвания, но може да не представя точно нивата на непрекъснати вибрации.

Средноквадратичната (RMS) амплитуда осигурява ефективното енергийно съдържание на вибрационния сигнал. Стойностите на RMS корелират добре със скоростта на износване на машините и разсейването на енергия, което прави този параметър идеален за анализ на тенденциите и оценка на тежестта.

Средна амплитуда представлява средноаритметичната стойност на абсолютните амплитудни стойности за периода на измерване. Този параметър предлага добра корелация с характеристиките на повърхностното покритие и износването, но може да подцени периодичните признаци на повреди.

Амплитуда от пик до пик измерва общото отклонение между максималните положителни и отрицателни стойности на амплитудата. Този параметър се оказва ценен за оценка на проблеми, свързани с хлабината, и за идентифициране на механична хлабина.

Крест-фактор представлява съотношението на пиковата амплитуда към средноквадратичната амплитуда, което дава представа за характеристиките на сигнала. Ниските крест фактори (1,4-2,0) показват предимно синусоидална вибрация, докато високите крест фактори (>4,0) предполагат импулсивно или ударно поведение, характерно за развиващите се дефекти на лагерите.

Технологии и методи за инсталиране на вибрационни сензори

Акселерометрите представляват най-универсалните вибрационни сензори за локомотиви. Пиезоелектрическите акселерометри генерират електрически заряд, пропорционален на приложеното ускорение, предлагайки отличен честотен диапазон от 2 Hz до 10 kHz с минимално фазово изкривяване. Тези сензори демонстрират изключителна издръжливост в тежки железопътни условия, като същевременно поддържат висока чувствителност и ниски шумови характеристики.

Преобразувателите на скорост използват принципите на електромагнитната индукция, за да генерират сигнали за напрежение, пропорционални на скоростта на вибрациите. Тези сензори се отличават с отлични нискочестотни приложения (0,5-1000 Hz) и осигуряват превъзходно съотношение сигнал/шум за приложения за мониторинг на машини. По-големият им размер и температурна чувствителност обаче могат да ограничат възможностите за монтаж върху компактни локомотивни компоненти.

Сондите за близост използват принципа на вихровите токове за измерване на относителното изместване между сензора и целевата повърхност. Тези сензори се оказват безценни за наблюдение на вибрациите на вала и оценка на хлабината на лагерите, но изискват внимателни процедури за монтаж и калибриране.

Правилното инсталиране на сензора влияе значително върху точността и надеждността на измерването. Инженерите трябва да осигурят здраво механично свързване между сензора и наблюдавания компонент, за да избегнат резонансни ефекти и изкривяване на сигнала. Резбовите шпилки осигуряват оптимален монтаж за постоянни инсталации, докато магнитните основи предлагат удобство за периодични измервания върху феромагнитни повърхности.

Произход на вибрациите на въртящото се оборудване

Източници на механични вибрации възникват от дисбаланс на масата, несъосност, хлабина и износване. Небалансираните въртящи се компоненти генерират центробежни сили, пропорционални на квадрата на скоростта на въртене, създавайки вибрации с ротационна честота и нейните хармоници. Несъосността между свързаните валове води до радиални и аксиални вибрационни компоненти с ротационна честота и два пъти по-голяма ротационна честота.

Източници на електромагнитни вибрации произлизат от вариациите на магнитната сила в електрическите двигатели. Ексцентричността на въздушната междина, дефектите на роторните пръти и дефектите на статорните намотки създават електромагнитни сили, които модулират на мрежовата честота и нейните хармоници. Тези сили взаимодействат с механични резонанси, за да създадат сложни вибрационни сигнатури, изискващи сложни техники за анализ.

Аеродинамични и хидродинамични източници на вибрации резултат от взаимодействието на флуидния поток с въртящите се компоненти. Преминаването на лопатките на вентилатора, взаимодействието на лопатките на помпата и разделянето на турбулентния поток генерират вибрации при честотите на преминаване на лопатките/лопатките и техните хармоници. Тези източници стават особено значими в спомагателните машини, работещи с високи скорости със значителни изисквания за работа с флуиди.

2.3.1.2. Локомотивни системи: WMB, WGB, AM и техните компоненти като осцилаторни системи

Класификация на въртящото се оборудване в локомотивните приложения

Въртящото се оборудване на локомотивите обхваща три основни категории, всяка от които представя уникални вибрационни характеристики и диагностични предизвикателства. Блоковете колоос-мотор (WMB) интегрират тягови двигатели директно със задвижващите колооси, създавайки сложни динамични системи, подложени както на електрически, така и на механични възбуждащи сили. Блоковете колоос-зъбни колела (WGB) използват междинни системи за намаляване на зъбните колела между двигателите и колоосите, въвеждайки допълнителни източници на вибрации чрез взаимодействия на зъбни колела. Спомагателните машини (AM) включват охлаждащи вентилатори, въздушни компресори, хидравлични помпи и друго помощно оборудване, работещо независимо от първичните тягови системи.

Тези механични системи проявяват осцилаторно поведение, управлявано от фундаментални принципи на динамиката и теорията на вибрациите. Всеки компонент притежава собствени честоти, определени от разпределението на масата, характеристиките на коравината и граничните условия. Разбирането на тези собствени честоти е от решаващо значение за избягване на резонансни условия, които могат да доведат до прекомерни амплитуди на вибрациите и ускорено износване на компонентите.

Класификации на осцилаторните системи

Свободни трептения възникват, когато системите вибрират на собствени честоти след първоначално смущение без непрекъснато външно въздействие. В локомотивите приложения свободните трептения се проявяват по време на преходни процеси при стартиране и спиране, когато скоростите на въртене преминават през собствените честоти. Тези преходни условия предоставят ценна диагностична информация за твърдостта на системата и характеристиките на затихване.

Принудителни трептения резултат от непрекъснати периодични сили на възбуждане, действащи върху механичните системи. Ротационните дисбаланси, силите на зацепване на зъбните колела и електромагнитното възбуждане създават принудителни вибрации при специфични честоти, свързани със скоростите на въртене и геометрията на системата. Амплитудите на принудителните вибрации зависят от връзката между честотата на възбуждане и собствените честоти на системата.

Параметрични трептения възникват, когато параметрите на системата се променят периодично във времето. Променящата се във времето твърдост в контакта на зъбното зацепване, промените в хлабината на лагерите и флуктуациите на магнитния поток създават параметрично възбуждане, което може да доведе до нестабилно нарастване на вибрациите дори без директно въздействие.

Самовъзбуждащи се трептения (Авто-трептения) развиват се, когато механизмите за разсейване на енергията на системата станат отрицателни, което води до устойчиво нарастване на вибрациите без външно периодично въздействие. Поведение на залепване-плъзгане, предизвикано от триене, аеродинамично трептене и някои електромагнитни нестабилности могат да създадат самовъзбуждащи се вибрации, изискващи активен контрол или модификации на дизайна за смекчаване.

Определяне на естествената честота и резонансни явления

Собствените честоти представляват присъщите вибрационни характеристики на механичните системи, независими от външно възбуждане. Тези честоти зависят единствено от разпределението на масата на системата и свойствата на коравината. За прости системи с една степен на свобода, изчисляването на собствената честота следва добре установени формули, свързващи параметрите на масата и коравината.

Сложните локомотивни компоненти показват множество собствени честоти, съответстващи на различни вибрационни режими. Режимите на огъване, торсионните режими и свързаните режими притежават различни честотни характеристики и пространствени модели. Техниките за модален анализ помагат на инженерите да идентифицират тези честоти и свързаните с тях форми на режимите за ефективен контрол на вибрациите.

Резонанс възниква, когато честотите на възбуждане съвпадат със собствените честоти, което води до драстично усилени вибрационни реакции. Коефициентът на усилване зависи от затихването на системата, като слабо затихнатите системи показват много по-високи резонансни пикове от силно затихнатите системи. Инженерите трябва да гарантират, че работните скорости избягват критични резонансни условия или осигуряват адекватно затихване, за да ограничат амплитудите на вибрациите.

Механизми на затихване и техните ефекти

Демпфирането представлява механизми за разсейване на енергия, които ограничават нарастването на амплитудата на вибрациите и осигуряват стабилност на системата. Различни източници на демпфиране допринасят за цялостното поведение на системата, включително вътрешно демпфиране на материала, демпфиране от триене и демпфиране от флуиди от смазочни материали и околния въздух.

Демпфирането на материалите възниква от вътрешно триене в компонентите по време на циклично натоварване. Този механизъм на демпфиране се оказва особено важен при чугунени компоненти, гумени монтажни елементи и композитни материали, използвани в съвременното локомотивостроене.

Демпфирането на триенето се получава на интерфейсните повърхности между компонентите, включително лагерни повърхности, болтови съединения и сглобки чрез свиване. Въпреки че демпфирането на триенето може да осигури полезен контрол на вибрациите, то може също така да въведе нелинейни ефекти и непредсказуемо поведение при различни условия на натоварване.

Демпферирането на флуидите е резултат от вискозни сили в смазочните филми, хидравличните системи и аеродинамичните взаимодействия. Демпферирането на масления филм в плъзгащите лагери осигурява критична стабилност за високоскоростни въртящи се машини, докато вискозните демпфери могат да бъдат умишлено вградени за контрол на вибрациите.

Класификации на възбуждащите сили

Центробежни сили развиват се от дисбаланс на масата във въртящите се компоненти, създавайки сили, пропорционални на квадрата на скоростта на въртене. Тези сили действат радиално навън и се въртят заедно с компонента, генерирайки вибрации с ротационна честота. Големината на центробежната сила се увеличава бързо със скоростта, което прави прецизното балансиране критично за високоскоростна работа.

Кинематични сили възникват от геометрични ограничения, които налагат неравномерно движение на компонентите на системата. Възвратно-постъпателните механизми, гърбичните последователи и зъбните системи с профилни грешки генерират кинематични възбуждащи сили. Тези сили обикновено проявяват сложно честотно съдържание, свързано с геометрията на системата и скоростите на въртене.

Ударни сили резултат от внезапни приложения на натоварване или сблъсъци между компоненти. Зацепването на зъбите на зъбното колело, търкалянето на лагерните елементи върху повърхностни дефекти и взаимодействията между колелото и релсата създават ударни сили, характеризиращи се с широк честотен състав и високи коефициенти на крест. Ударните сили изискват специализирани техники за анализ за правилно характеризиране.

Сили на триене развиват се от плъзгащ контакт между повърхности с относително движение. Задействането на спирачките, плъзгането на лагерите и пълзенето между колелото и релсата генерират сили на триене, които могат да проявят поведение на залепване и плъзгане, водещо до самовъзбуждащи се вибрации. Характеристиките на силата на триене зависят силно от състоянието на повърхността, смазването и нормалното натоварване.

Електромагнитни сили произлизат от взаимодействията на магнитните полета в електрическите двигатели и генератори. Радиалните електромагнитни сили са резултат от вариации на въздушната междина, геометрията на полюсните накрайници и асиметриите на разпределението на тока. Тези сили създават вибрации на линейна честота, честота на преминаване на слотовете и техни комбинации.

Честотно-зависими системни свойства

Механичните системи проявяват честотно-зависими динамични характеристики, които значително влияят върху предаването и усилването на вибрациите. Коравината, затихването и инерционните свойства на системата се комбинират, за да създадат сложни функции на честотния отклик, описващи амплитудата на вибрациите и фазовите зависимости между входното възбуждане и системния отклик.

При честоти доста под първата собствена честота, системите се държат квазистатично с амплитуди на вибрациите, пропорционални на амплитудите на възбуждащата сила. Динамичното усилване остава минимално, а фазовите зависимости остават почти нулеви.

В близост до естествените честоти, динамичното усилване може да достигне стойности от 10-100 пъти статичното отклонение, в зависимост от нивата на затихване. Фазовите съотношения се изместват бързо на 90 градуса при резонанс, осигурявайки ясна идентификация на местоположенията на естествените честоти.

При честоти, доста над собствените честоти, инерционните ефекти доминират поведението на системата, което води до намаляване на амплитудите на вибрациите с увеличаване на честотата. Високочестотното затихване на вибрациите осигурява естествено филтриране, което помага за изолиране на чувствителните компоненти от високочестотни смущения.

Системи със съсредоточени параметри срещу системи с разпределени параметри

Блоковете колела-мотор могат да бъдат моделирани като системи със сходни параметри при анализ на нискочестотни вибрационни режими, където размерите на компонентите остават малки в сравнение с дължините на вълните на вибрациите. Този подход опростява анализа, като представя разпределените свойства на масата и коравината като дискретни елементи, свързани чрез безмасови пружини и твърди връзки.

Моделите със струпващи се параметри се оказват ефективни за анализ на дисбаланса на ротора, ефектите от твърдостта на лагерните опори и динамиката на нискочестотното свързване между компонентите на двигателя и колоосите. Тези модели улесняват бързия анализ и предоставят ясна физическа представа за поведението на системата.

Моделите с разпределени параметри стават необходими при анализа на високочестотни вибрационни режими, където размерите на компонентите се доближават до дължините на вълните на вибрациите. Режимите на огъване на вала, гъвкавостта на зъбите на зъбното колело и акустичните резонанси изискват обработка с разпределени параметри за точно прогнозиране.

Моделите с разпределени параметри отчитат ефектите от разпространението на вълните, формите на локалните режими и честотно-зависимото поведение, които моделите с групови параметри не могат да уловят. Тези модели обикновено изискват техники за числено решаване, но осигуряват по-пълна характеристика на системата.

2.3.1.3. Свойства и характеристики на нискочестотни, средночестотни, високочестотни и ултразвукови вибрации в WMB, WGB и AM

Класификации на честотните ленти и тяхното значение

Анализът на вибрационната честота изисква систематична класификация на честотните ленти, за да се оптимизират диагностичните процедури и изборът на оборудване. Всяка честотна лента предоставя уникална информация за специфични механични явления и етапи на развитие на повредите.

Нискочестотна вибрация (1-200 Hz) произлиза предимно от дисбаланси, несъосност и структурни резонанси на въртящи се машини. Този честотен диапазон улавя основните ротационни честоти и техните хармоници от нисък порядък, предоставяйки важна информация за механичното състояние и оперативната стабилност.

Средночестотна вибрация (200-2000 Hz) обхваща честотите на зацепване на зъбните колела, хармониците на електромагнитното възбуждане и механичните резонанси на основните структурни компоненти. Този честотен диапазон се оказва критичен за диагностициране на износването на зъбите на зъбните колела, електромагнитните проблеми на двигателя и влошаването на съединителя.

Високочестотна вибрация (2000-20000 Hz) разкрива признаци на дефекти в лагерите, сили на удар върху зъбите на зъбното колело и електромагнитни хармоници от висок порядък. Този честотен диапазон осигурява ранно предупреждение за развиващи се повреди, преди те да се проявят в по-нискочестотните ленти.

Ултразвукова вибрация (20000+ Hz) улавя начални дефекти на лагерите, разрушаване на смазочния филм и явления, свързани с триенето. Ултразвуковите измервания изискват специализирани сензори и техники за анализ, но осигуряват възможно най-ранни възможности за откриване на повреди.

Анализ на нискочестотни вибрации

Анализът на нискочестотните вибрации се фокусира върху основните ротационни честоти и техните хармоници до приблизително 10-ти порядък. Този анализ разкрива основни механични състояния, включително дисбаланс на масата, несъосност на вала, механична хлабина и проблеми с хлабината на лагерите.

Вибрацията на ротационната честота (1×) показва условия на дисбаланс на масата, които създават центробежни сили, въртящи се с вала. Чистият дисбаланс произвежда вибрации предимно на ротационна честота с минимално хармонично съдържание. Амплитудата на вибрациите се увеличава пропорционално на квадрата на скоростта на въртене, което осигурява ясна диагностична индикация.

Двойно ротационната честота на вибрациите (2×) обикновено показва несъосност между свързаните валове или компоненти. Ъгловото несъосност създава редуващи се модели на напрежение, които се повтарят два пъти на оборот, генерирайки характерни 2× вибрационни сигнатури. Паралелното несъосност може също да допринесе за 2× вибрации чрез различно разпределение на натоварването.

Множественото хармонично съдържание (3×, 4×, 5× и др.) предполага механична хлабина, износени съединители или структурни проблеми. Хлабината позволява нелинейно предаване на сила, което генерира богато хармонично съдържание, простиращо се далеч отвъд основните честоти. Хармоничният модел предоставя диагностична информация за местоположението и тежестта на хлабината.

Характеристики на вибрациите със средна честота

Средночестотният анализ се концентрира върху честотите на зацепване на зъбните колела и техните модели на модулация. Честотата на зацепване на зъбните колела е равна на произведението от честотата на въртене и броя на зъбите, създавайки предвидими спектрални линии, които разкриват състоянието на зъбното колело и разпределението на натоварването.

Здравите зъбни колела произвеждат забележими вибрации при честотата на зацепване на зъбните колела с минимални странични ленти. Износването на зъбите, напукването на зъбите или неравномерното натоварване създават амплитудна модулация на честотата на зацепване, генерирайки странични ленти, разположени на ротационните честоти на зацепващите се зъбни колела.

Електромагнитните вибрации в тяговите двигатели се проявяват предимно в средночестотния диапазон. Хармониците на линейната честота, честотите на преминаване на слотовете и честотите на преминаване на полюсите създават характерни спектрални модели, които разкриват състоянието на двигателя и характеристиките на натоварване.

Честотата на преминаване на слотовете е равна на произведението от честотата на въртене и броя на слотовете на ротора, генерирайки вибрации чрез вариации в магнитната пермеабилност, когато слотовете на ротора преминават през полюсите на статора. Счупени роторни пръти или дефекти в крайните пръстени модулират честотата на преминаване на слотовете, създавайки диагностични странични ленти.

Анализ на високочестотни вибрации

Високочестотният вибрационен анализ е насочен към честотите на дефектите на лагерите и хармониците от висок порядък на зъбното зацепване. Търкалящите се лагери генерират характерни честоти въз основа на геометрията и скоростта на въртене, осигурявайки прецизни диагностични възможности за оценка на състоянието на лагерите.

Честота на преминаване на сачмата Външният бег (BPFO) възниква, когато търкалящите елементи преминават през стационарен дефект на външния бег. Тази честота зависи от геометрията на лагера и обикновено варира от 3 до 8 пъти честотата на въртене за обичайните конструкции лагери.

Честотата на преминаване на сферата (BPFI) на вътрешния ринг (търкалящи елементи) е резултат от дефекти във вътрешния ринг. Тъй като вътрешният ринг се върти заедно с вала, BPFI обикновено надвишава BPFO и може да показва модулация на ротационната честота поради ефектите на зоната на натоварване.

Основната честота на влака (FTF) представлява честотата на въртене на клетката и обикновено е равна на 0,4-0,45 пъти честотата на въртене на вала. Дефекти в клетката или проблеми със смазването могат да генерират вибрации при FTF и нейните хармоници.

Честотата на въртене на топката (BSF) показва въртенето на отделния търкалящ елемент около собствената му ос. Тази честота рядко се появява във вибрационните спектри, освен ако търкалящите елементи не показват повърхностни дефекти или размерни неравности.

Приложения на ултразвукови вибрации

Ултразвуковите вибрационни измервания откриват начални дефекти на лагерите седмици или месеци преди те да станат очевидни при конвенционалния вибрационен анализ. Контактът с повърхностни неравности, микропукнатините и разрушаването на смазочния филм генерират ултразвукови емисии, които предшестват измерими промени в честотите на дефектите на лагерите.

Техниките за анализ на обвивката извличат информация за амплитудна модулация от ултразвукови носещи честоти, разкривайки нискочестотни модулационни модели, съответстващи на честотите на дефектите на лагерите. Този подход комбинира високочестотна чувствителност с нискочестотна диагностична информация.

Ултразвуковите измервания изискват внимателен избор и монтаж на сензора, за да се избегне замърсяване на сигнала от електромагнитни смущения и механичен шум. Акселерометрите с честотна характеристика над 50 kHz и правилното обработване на сигнала осигуряват надеждни ултразвукови измервания.

Произход на механични спрямо електромагнитни вибрации

Източниците на механични вибрации създават широколентово възбуждане с честотно съдържание, свързано с геометрията и кинематиката на компонентите. Ударните сили от дефекти в лагерите, зацепване на зъбите на зъбните колела и механична хлабина генерират импулсни сигнали с богато хармонично съдържание, простиращо се в широки честотни диапазони.

Източниците на електромагнитни вибрации произвеждат дискретни честотни компоненти, свързани с честотата на електрическото захранване и конструктивните параметри на двигателя. Тези честоти остават независими от механичните скорости на въртене и поддържат фиксирани зависимости от честотата на електроенергийната система.

Разграничаването между механични и електромагнитни източници на вибрации изисква внимателен анализ на честотните зависимости и зависимостта от натоварването. Механичните вибрации обикновено варират в зависимост от скоростта на въртене и механичното натоварване, докато електромагнитните вибрации корелират с електрическото натоварване и качеството на захранващото напрежение.

Характеристики на удар и вибрации при удар

Ударните вибрации са резултат от внезапни приложения на сили с много кратка продължителност. Зацепването на зъбите на зъбното колело, ударите на лагерните елементи и контактът на колелото с релсата генерират ударни сили, които възбуждат множество структурни резонанси едновременно.

Ударните събития създават характерни времеви сигнатури с високи крест фактори и широко честотно съдържание. Честотният спектър на ударните вибрации зависи повече от характеристиките на структурния отговор, отколкото от самото ударно събитие, което изисква анализ във времевата област за правилно тълкуване.

Анализът на спектъра на ударния отклик предоставя цялостна характеристика на структурния отговор на ударно натоварване. Този анализ разкрива кои собствени честоти се възбуждат от ударни събития и техния относителен принос към общите нива на вибрации.

Случайни вибрации от източници на триене

Вибрациите, предизвикани от триене, проявяват случайни характеристики поради стохастичния характер на явленията, свързани с повърхностния контакт. Скърцането на спирачки, тракането на лагери и взаимодействието между колелото и релсата създават широколентови случайни вибрации, които изискват техники за статистически анализ.

Задръстващото се поведение в системите за триене създава самовъзбуждащи се вибрации със сложен честотен състав. Вариациите на силата на триене по време на циклите на задръстване генерират субхармонични вибрационни компоненти, които могат да съвпадат със структурни резонанси, което води до усилени нива на вибрации.

Анализът на случайни вибрации използва функции за спектрална плътност на мощността и статистически параметри, като например RMS нива и вероятностни разпределения. Тези техники осигуряват количествена оценка на тежестта на случайните вибрации и потенциалното им въздействие върху уморния живот на компонентите.

2.3.1.4. Конструктивни характеристики на WMB, WGB, AM и тяхното влияние върху вибрационните характеристики

Основни конфигурации на WMB, WGB и AM

Производителите на локомотиви използват различни механични устройства за предаване на мощност от тягови двигатели към задвижващи колооси. Всяка конфигурация има уникални вибрационни характеристики, които пряко влияят върху диагностичните подходи и изискванията за поддръжка.

Тяговите двигатели с окачване на носа се монтират директно върху осите на колоосите, създавайки твърда механична връзка между двигателя и колоосите. Тази конфигурация минимизира загубите от предаване на мощност, но подлага двигателите на всички вибрации и удари, предизвикани от релсите. Директното монтиране свързва електромагнитните вибрации на двигателя с механичните вибрации на колоосите, създавайки сложни спектрални модели, изискващи внимателен анализ.

Тяговите двигатели, монтирани на рама, използват гъвкави съединителни системи за предаване на мощност към колоосите, като същевременно изолират двигателите от смущения в релсите. Универсалните шарнири, гъвкавите съединители или зъбните съединители поемат относителното движение между двигателя и колоосите, като същевременно запазват възможността за предаване на мощност. Тази конструкция намалява излагането на вибрации на двигателя, но въвежда допълнителни източници на вибрации чрез динамиката на съединяването.

Системите с редукторно задвижване използват междинна предавка между двигателя и колоосието, за да оптимизират работните характеристики на двигателя. Едностепенната спирална предавка осигурява компактен дизайн с умерени нива на шум, докато двустепенните редукторни системи предлагат по-голяма гъвкавост при избора на предавателно число, но увеличават сложността и потенциалните източници на вибрации.

Системи за механично свързване и предаване на вибрации

Механичният интерфейс между ротора на тяговия двигател и зъбното колело значително влияе върху характеристиките на предаване на вибрациите. Връзките тип „свиване“ осигуряват твърдо съединяване с отлична концентричност, но могат да въведат напрежения при сглобяване, които влияят на качеството на балансиране на ротора.

Шпонковите съединения поемат термично разширение и опростяват процедурите по сглобяване, но въвеждат луфт и потенциално ударно натоварване по време на обръщане на въртящия момент. Износването на шпонката създава допълнителна хлабина, която генерира ударни сили с двойна честота на въртене по време на цикли на ускорение и забавяне.

Шлицовите съединения предлагат превъзходна способност за предаване на въртящ момент и поемат аксиално изместване, но изискват прецизни производствени допуски, за да се сведе до минимум генерирането на вибрации. Износването на шлиците създава периферен хлабинен удар, който води до сложни вибрационни модели в зависимост от условията на натоварване.

Гъвкавите съединителни системи изолират торсионните вибрации, като същевременно компенсират несъосността между свързаните валове. Еластомерните съединители осигуряват отлична изолация на вибрациите, но показват температурно зависими характеристики на твърдост, които влияят на собствените честоти. Зъбните съединители поддържат постоянни свойства на твърдост, но генерират вибрации с честота на зацепване, които допринасят за цялостното спектрално съдържание на системата.

Конфигурации на лагерите на осите на колелата

Лагерите на осите на колоосите поемат вертикални, странични и аксиални натоварвания, като същевременно поемат термично разширение и вариации в геометрията на коловозите. Цилиндрично-ролковите лагери се справят ефективно с радиалните натоварвания, но изискват отделни аксиални лагери за поемане на аксиално натоварване.

Коничните ролкови лагери осигуряват комбинирана радиална и аксиална товароносимост с превъзходни характеристики на коравина в сравнение със сачмените лагери. Коничната геометрия създава присъщо предварително натоварване, което елиминира вътрешната хлабина, но изисква прецизно регулиране, за да се избегне прекомерно натоварване или неадекватна опора.

Двуредните сферично-ролкови лагери поемат големи радиални натоварвания и умерени аксиални натоварвания, като същевременно осигуряват самонастройваща се способност за компенсиране на отклонението на вала и несъосността на корпуса. Сферичната геометрия на външния пръстен създава демпферен маслен филм, който помага за контрол на предаването на вибрации.

Вътрешният хлабина на лагера влияе значително върху вибрационните характеристики и разпределението на натоварването. Прекомерният хлабина позволява ударно натоварване по време на цикли на обръщане на натоварването, генерирайки високочестотни ударни вибрации. Недостатъчният хлабина създава условия на предварително натоварване, които увеличават съпротивлението при търкаляне и генерирането на топлина, като същевременно потенциално намаляват амплитудата на вибрациите.

Влияние на конструкцията на зъбната система върху вибрациите

Геометрията на зъбите на зъбното колело влияе пряко върху амплитудата на вибрациите на честотата на зацепване и хармоничния състав. Еволвентните профили на зъбите с подходящи ъгли на натиск и допълнителни модификации минимизират вариациите на силата на зацепване и свързаното с тях генериране на вибрации.

Спиралните зъбни колела осигуряват по-плавно предаване на мощност в сравнение с цилиндричните зъбни колела, поради постепенното зацепване на зъбите. Ъгълът на спиралата създава аксиални компоненти на силата, които изискват опора на аксиалния лагер, но значително намаляват амплитудата на вибрациите на честотата на зацепване.

Контактното съотношение на зъбните колела определя броя на зъбите едновременно в зацепване по време на предаване на мощност. По-високите контактни съотношения разпределят натоварването между повече зъби, намалявайки напрежението на отделните зъби и вариациите в силата на зацепване. Контактните съотношения над 1,5 осигуряват значително намаляване на вибрациите в сравнение с по-ниските съотношения.

Точността на производството на зъбни колела влияе върху генерирането на вибрации чрез грешки в разстоянието между зъбите, отклонения в профила и вариации в обработката на повърхността. Степените на качество AGMA определят количествено прецизността на производството, като по-високите степени произвеждат по-ниски нива на вибрации, но изискват по-скъпи производствени процеси.

Разпределението на натоварването по ширината на челото на зъбното колело влияе върху локалните концентрации на напрежение и генерирането на вибрации. Заоблените повърхности на зъбите и правилното центриране на вала осигуряват равномерно разпределение на натоварването, като минимизират натоварването по ръба, което създава високочестотни вибрационни компоненти.

Системи с карданни валове в приложения на WGB

Блоковете с колела и зъбни колела с предаване на мощност чрез карданен вал позволяват по-големи разстояния между двигателя и колелата, като същевременно осигуряват гъвкава възможност за свързване. Универсалните съединения на всеки край на карданния вал създават кинематични ограничения, които генерират характерни вибрационни модели.

Работата на един карданов шарнир води до вариации на скоростта, които създават вибрации с двойна честота на въртене на вала. Амплитудата на тези вибрации зависи от ъгъла на работа на шарнира, като по-големите ъгли водят до по-високи нива на вибрации, съгласно добре установени кинематични зависимости.

Двойните универсални шарнирни конструкции с правилно фазиране елиминират вариациите на скоростта от първи ред, но въвеждат ефекти от по-висок порядък, които стават значителни при големи работни ъгли. Шарнирите с постоянна скорост осигуряват превъзходни вибрационни характеристики, но изискват по-сложни процедури за производство и поддръжка.

Критичните скорости на карданния вал трябва да останат добре отделени от работните диапазони на скоростта, за да се избегне усилване на резонанса. Диаметърът, дължината и свойствата на материала на вала определят местоположението на критичните скорости, което изисква внимателен конструктивен анализ за всяко приложение.

Характеристики на вибрациите при различни работни условия

Работата на локомотива е свързана с разнообразни експлоатационни условия, които значително влияят върху вибрационните характеристики и диагностичната интерпретация. Статичното изпитване с локомотиви, поддържани на ремонтни стендове, елиминира вибрациите, предизвикани от коловозите, и силите на взаимодействие между колелото и релсата, осигурявайки контролирани условия за базови измервания.

Системите за окачване на ходовата част изолират коша на локомотива от вибрациите на колоосите по време на нормална работа, но могат да предизвикат резонансни ефекти при специфични честоти. Собствените честоти на първичното окачване обикновено варират от 1-3 Hz за вертикални режими и 0,5-1,5 Hz за странични режими, което потенциално влияе върху предаването на нискочестотни вибрации.

Неравностите на релсите предизвикват вибрации на колоосите в широки честотни диапазони в зависимост от скоростта на влака и състоянието на релсите. Сглобките на релсите създават периодични удари с честоти, определени от дължината на релсите и скоростта на влака, докато вариациите в междурелсието генерират странични вибрации, които се съчетават с режими на люлеене на колоосите.

Силите на сцепление и спиране въвеждат допълнително натоварване, което влияе върху разпределението на натоварването на лагерите и характеристиките на зацепването на зъбните колела. Високите натоварвания на сцепление увеличават контактните напрежения на зъбите на зъбните колела и могат да изместят зоните на натоварване в лагерите на колоосите, променяйки моделите на вибрации в сравнение с ненатоварени условия.

Характеристики на вибрациите на спомагателните машини

Системите за охлаждащи вентилатори използват различни конструкции на работното колело, които създават различни вибрационни характеристики. Центробежните вентилатори генерират вибрации с честота на преминаване на лопатките, чиято амплитуда зависи от броя им, скоростта на въртене и аеродинамичното натоварване. Аксиалните вентилатори произвеждат подобни честоти на преминаване на лопатките, но с различно хармонично съдържание поради разликите в модела на потока.

Дисбалансът на вентилатора създава вибрации с ротационна честота с амплитуда, пропорционална на квадрата на скоростта, подобно на други въртящи се машини. Аеродинамичните сили от замърсяване, ерозия или повреда на лопатките обаче могат да създадат допълнителни вибрационни компоненти, които усложняват диагностичната интерпретация.

Системите за въздушни компресори обикновено използват бутални конструкции, които генерират вибрации с честотата на въртене на коляновия вал и неговите хармоници. Броят на цилиндрите и последователността на запалване определят хармоничното съдържание, като повече цилиндри обикновено осигуряват по-плавна работа и по-ниски нива на вибрации.

Вибрациите на хидравличната помпа зависят от вида ѝ и условията на работа. Зъбните помпи произвеждат вибрации с честота на зацепване, подобни на зъбните системи, докато лопатковите помпи генерират вибрации с честота на движение на лопатките. Помпите с променлив работен обем могат да проявяват сложни модели на вибрации, които варират в зависимост от настройките на работния обем и условията на натоварване.

Ефекти от системата за опора и монтаж на вала

Твърдостта на корпуса на лагера значително влияе върху предаването на вибрации от въртящи се компоненти към неподвижни конструкции. Гъвкавите корпуси могат да намалят предаването на вибрации, но позволяват по-голямо движение на вала, което може да повлияе на вътрешните хлабини и разпределението на натоварването.

Твърдостта на основата и начинът на монтаж влияят върху честотите на структурния резонанс и характеристиките на усилване на вибрациите. Системите за мек монтаж осигуряват изолация на вибрациите, но могат да създадат нискочестотни резонанси, които усилват вибрациите, предизвикани от дисбаланс.

Свързването между множество валове чрез гъвкави елементи или зъбни зацепвания създава сложни динамични системи с множество собствени честоти и форми на вибрациите. Тези свързани системи могат да показват честоти на биене, когато честотите на отделните компоненти се различават леко, създавайки модели на амплитудна модулация при измервания на вибрации.

2.3.1.5. Техническо оборудване и софтуер за вибрационен мониторинг и диагностика

Изисквания за системи за измерване и анализ на вибрации

Ефективната вибрационна диагностика на компонентите на железопътните локомотиви изисква усъвършенствани възможности за измерване и анализ, които да се справят с уникалните предизвикателства на железопътните среди. Съвременните системи за вибрационен анализ трябва да осигуряват широк динамичен диапазон, висока честотна резолюция и стабилна работа в тежки условия на околната среда, включително температурни екстремуми, електромагнитни смущения и механични удари.

Изискванията за динамичен диапазон за локомотиви обикновено надвишават 80 dB, за да се уловят както начални повреди с ниска амплитуда, така и високоамплитудни експлоатационни вибрации. Този диапазон обхваща измервания от микрометри в секунда за ранни дефекти на лагерите до стотици милиметри в секунда за условия на тежък дисбаланс.

Честотната разделителна способност определя способността за разделяне на близко разположени спектрални компоненти и идентифициране на модулационни модели, характерни за специфични типове повреди. Широчина на лентата за разделителна способност не трябва да надвишава 1% от най-ниската честота от интерес, което изисква внимателен подбор на параметри за анализ за всяко измервателно приложение.

Температурната стабилност осигурява точност на измерване в широките температурни диапазони, срещани в локомотивните приложения. Измервателните системи трябва да поддържат точност на калибриране в рамките на ±5% в температурни диапазони от -40°C до +70°C, за да се отчетат сезонните колебания и ефектите от нагряването на оборудването.

Индикатори за състоянието на лагерите, използващи ултразвукови вибрации

Ултразвуковият вибрационен анализ осигурява възможно най-ранното откриване на износване на лагерите чрез наблюдение на високочестотни емисии от контактните повърхностни грапавини и разрушаването на смазочния филм. Тези явления предшестват конвенционалните вибрационни сигнали със седмици или месеци, което позволява проактивно планиране на поддръжката.

Измерванията на енергията на импулсите определят количествено импулсните ултразвукови емисии, използвайки специализирани филтри, които акцентират върху преходните събития, като същевременно потискат фоновия шум в стационарно състояние. Техниката използва високочестотно филтриране над 5 kHz, последвано от откриване на обвивката и изчисляване на RMS за кратки времеви прозорци.

Анализът на високочестотната обвивка (HFE) извлича информация за амплитудна модулация от ултразвукови носещи сигнали, разкривайки нискочестотни модулационни модели, съответстващи на честотите на дефектите на лагерите. Този подход комбинира ултразвукова чувствителност с конвенционални възможности за честотен анализ.

Методът на ударните импулси (SPM) измерва пиковите амплитуди на ултразвуковите преходни процеси, използвайки специализирани резонансни преобразуватели, настроени на приблизително 32 kHz. Тази техника предоставя безразмерни индикатори за състоянието на лагерите, които корелират добре с тежестта на повредата на лагера.

Ултразвуковите индикатори за състояние изискват внимателно калибриране и проследяване на тенденциите, за да се установят базови стойности и скорости на прогресия на повредите. Факторите на околната среда, включително температура, натоварване и условия на смазване, влияят значително върху стойностите на индикаторите, което налага наличието на подробни бази данни за базовите стойности.

Анализ на високочестотна вибрационна модулация

Търкалящите се лагери генерират характерни модулационни модели при високочестотни вибрации поради периодични промени в натоварването, когато търкалящите се елементи се сблъскат с дефекти в търкалящите се лагери. Тези модулационни модели се появяват като странични ленти около структурните резонансни честоти и собствените честоти на лагерите.

Техниките за анализ на обвивката извличат информация за модулацията чрез филтриране на вибрационните сигнали, за да изолират честотни ленти, съдържащи резонанси на лагерите, прилагат детекция на обвивката за възстановяване на амплитудните вариации и анализират спектъра на обвивката за идентифициране на дефектни честоти.

Идентифицирането на резонанса става критично за ефективния анализ на обвивката, тъй като възбуждането на лагера от удар преференциално възбужда специфични структурни резонанси. Синусоидалното тестване или модалният анализ на удара помагат за идентифициране на оптимални честотни ленти за анализ на обвивката на всяко местоположение на лагера.

Техниките за цифрово филтриране за анализ на обвивката включват филтри с ограничен импулсен отклик (FIR), които осигуряват линейни фазови характеристики и избягват изкривяване на сигнала, и филтри с безкраен импулсен отклик (IIR), които предлагат стръмни характеристики на спадане с намалени изчислителни изисквания.

Параметрите на анализа на обвивния спектър влияят значително върху диагностичната чувствителност и точност. Широтата на лентата на филтъра трябва да обхваща структурния резонанс, като изключва съседните резонанси, а дължината на прозореца за анализ трябва да осигурява адекватна честотна резолюция за разделяне на честотите на дефектите на лагерите и техните хармоници.

Комплексни системи за мониторинг на въртящо се оборудване

Съвременните съоръжения за поддръжка на локомотиви използват интегрирани системи за мониторинг, които комбинират множество диагностични техники, за да осигурят цялостна оценка на състоянието на въртящото се оборудване. Тези системи интегрират анализ на вибрациите с анализ на маслото, термичен мониторинг и параметри на производителността, за да подобрят точността на диагностиката.

Преносимите вибрационни анализатори служат като основни диагностични инструменти за периодична оценка на състоянието по време на планирани интервали за поддръжка. Тези инструменти осигуряват спектрален анализ, заснемане на времеви вълнови форми и автоматизирани алгоритми за откриване на повреди, оптимизирани за локомотивни приложения.

Постоянно инсталираните системи за мониторинг позволяват непрекъснато наблюдение на критични компоненти по време на работа. Тези системи използват разпределени сензорни мрежи, безжично предаване на данни и автоматизирани алгоритми за анализ, за да осигурят оценка на състоянието в реално време и генериране на аларми.

Възможностите за интегриране на данни комбинират информация от множество диагностични техники, за да подобрят надеждността на откриване на повреди и да намалят процента на фалшиви аларми. Алгоритмите за сливане претеглят приноса на различните диагностични методи въз основа на тяхната ефективност за специфични типове повреди и работни условия.

Сензорни технологии и методи за инсталиране

Изборът на вибрационен сензор влияе значително върху качеството на измерването и ефективността на диагностиката. Пиезоелектрическите акселерометри осигуряват отлична честотна характеристика и чувствителност за повечето приложения в локомотивите, докато електромагнитните преобразуватели на скоростта предлагат превъзходна нискочестотна характеристика за големи въртящи се машини.

Методите за монтаж на сензорите влияят критично върху точността и надеждността на измерването. Резбовите шпилки осигуряват оптимално механично свързване за постоянни инсталации, докато магнитният монтаж предлага удобство за периодични измервания върху феромагнитни повърхности. Лепилният монтаж е подходящ за неферомагнитни повърхности, но изисква подготовка на повърхността и време за втвърдяване.

Ориентацията на сензора влияе върху чувствителността на измерването към различните режими на вибрации. Радиалните измервания откриват дисбаланс и несъосност най-ефективно, докато аксиалните измервания разкриват проблеми с аксиалните лагери и несъосност на съединителите. Тангенциалните измервания предоставят уникална информация за торсионните вибрации и динамиката на зъбното зацепване.

Защитата на околната среда изисква внимателно обмисляне на температурни крайности, излагане на влага и електромагнитни смущения. Запечатаните акселерометри с вградени кабели осигуряват превъзходна надеждност в сравнение с конструкциите с подвижни конектори в тежки железопътни условия.

Кондициониране на сигнали и събиране на данни

Електрониката за обработка на сигнала осигурява възбуждане, усилване и филтриране на сензора, необходими за точни измервания на вибрациите. Веригите за възбуждане с постоянен ток захранват пиезоелектричните акселерометри, като същевременно поддържат висок входен импеданс, за да се запази чувствителността на сензора.

Филтрите против алиасинг предотвратяват артефактите от сгъване на честотата по време на аналогово-цифрово преобразуване, като отслабват компонентите на сигнала над честотата на Найкуист. Тези филтри трябва да осигуряват адекватно потискане на лентата на спиране, като същевременно поддържат плосък диапазон на пропускане, за да се запази точността на сигнала.

Разделителната способност на аналогово-цифровото преобразуване определя динамичния диапазон и точността на измерването. 24-битовото преобразуване осигурява теоретичен динамичен диапазон от 144 dB, което позволява измерване както на нискоамплитудни сигнатури на повреди, така и на високоамплитудни оперативни вибрации в рамките на едно и също събиране на данни.

Изборът на честота на дискретизация следва критерия на Найкуист, изискващ честоти на дискретизация поне два пъти по-високи от най-високата интересуваща ни честота. Практическите реализации използват съотношения на свръхдискретизация от 2,5:1 до 4:1, за да се приспособят преходните ленти на филтрите за анти-алиасинг и да се осигури гъвкавост при анализа.

Избор и ориентация на точката на измерване

Ефективният мониторинг на вибрациите изисква систематичен избор на места за измерване, които осигуряват максимална чувствителност към условията на повреда, като същевременно минимизират смущенията от външни източници на вибрации. Точките за измерване трябва да са разположени възможно най-близо до лагерните опори и други критични пътища на натоварване.

Измерванията на лагерните корпуси предоставят директна информация за състоянието на лагера и вътрешната динамика. Радиалните измервания на лагерните корпуси откриват най-ефективно дисбаланс, несъосност и дефекти на лагерите, докато аксиалните измервания разкриват проблеми с осовото натоварване и съединяването.

Измерванията на корпуса на двигателя улавят електромагнитните вибрации и общото състояние на двигателя, но могат да покажат по-ниска чувствителност към дефекти на лагерите поради затихване на вибрациите през структурата на двигателя. Тези измервания допълват измерванията на корпуса на лагерите за цялостна оценка на двигателя.

Измерванията на зъбните колела откриват вибрациите на зъбното зацепване и вътрешната динамика на зъбното колело, но изискват внимателна интерпретация поради сложните пътища на предаване на вибрациите и множеството източници на възбуждане. Местата на измерване в близост до централните линии на зъбното зацепване осигуряват максимална чувствителност към проблеми, свързани с мрежата.

Избор на режим на работа за диагностично тестване

Ефективността на диагностичното тестване зависи силно от избора на подходящи работни условия, които осигуряват оптимално възбуждане на вибрациите, свързани с повредата, като същевременно се поддържа безопасността и защитата на оборудването. Различните режими на работа разкриват различни аспекти на състоянието на компонентите и развитието на повредата.

Тестването без товар елиминира източниците на вибрации, зависими от натоварването, и осигурява базови измервания за сравнение с условия на натоварване. Този режим разкрива най-ясно дисбаланса, несъосността и електромагнитните проблеми, като същевременно минимизира вибрациите на зъбното зацепване и ефектите от натоварването на лагерите.

Изпитванията с натоварване при различни нива на мощност разкриват зависими от натоварването явления, включително динамика на зъбното зацепване, ефекти от разпределението на натоварването на лагерите и влияния на електромагнитното натоварване. Прогресивното натоварване помага за разграничаване на източниците на вибрации, независими от натоварването, и тези, зависими от натоварването.

Тестването на посоката с въртене напред и назад предоставя допълнителна диагностична информация за асиметрични проблеми, като например модели на износване на зъбите на зъбните колела, вариации в предварителното натоварване на лагерите и характеристики на износване на съединителя. Някои повреди проявяват чувствителност към посоката, която помага за локализирането на повредите.

Тестването с честотно сканиране по време на стартиране и спиране улавя вибрационното поведение в целия работен диапазон на скоростта, разкривайки резонансни условия и явления, зависими от скоростта. Тези измервания помагат за идентифициране на критични скорости и местоположения на собствената честота.

Влияние на смазването върху диагностичните сигнатури

Състоянието на смазката влияе значително върху вибрационните сигнали и диагностичната интерпретация, особено при приложения за мониторинг на лагери. Пресният смазочен материал осигурява ефективно поглъщане, което намалява предаването на вибрации, докато замърсеният или влошен смазочен материал може да усили сигналите за повреда.

Промените във вискозитета на смазката с температурата влияят върху динамиката и вибрационните характеристики на лагерите. Студената смазка увеличава вискозното демпфиране и може да маскира начални дефекти на лагерите, докато прегрятата смазка осигурява намалено демпфиране и защита.

Замърсена смазка, съдържаща частици от износване, вода или чужди материали, създава допълнителни източници на вибрации чрез абразивен контакт и турбуленция на потока. Тези ефекти могат да заглушат истинските признаци на повреда и да усложнят диагностичната интерпретация.

Проблеми със системата за смазване, включително недостатъчен поток, колебания в налягането и неравномерности в разпределението, създават променящи се във времето условия на натоварване на лагерите, които влияят върху моделите на вибрации. Корелацията между работата на системата за смазване и характеристиките на вибрациите предоставя ценна диагностична информация.

Разпознаване на грешки в измерването и контрол на качеството

Надеждната диагностика изисква систематично идентифициране и елиминиране на грешки в измерванията, които могат да доведат до неправилни заключения и ненужни действия по поддръжката. Често срещани източници на грешки включват проблеми с монтажа на сензорите, електрически смущения и неподходящи параметри на измерване.

Проверката на монтажа на сензора използва прости техники, включително ръчни тестове за възбуждане, сравнителни измервания на съседни места и проверка на честотната характеристика с помощта на известни източници на възбуждане. Разхлабеният монтаж обикновено намалява чувствителността към високите честоти и може да доведе до изкуствени резонанси.

Откриването на електрически смущения включва идентифициране на спектралните компоненти при мрежова честота (50/60 Hz) и техните хармоници, сравнителни измервания при изключено захранване и оценка на кохерентността между вибрациите и електрическите сигнали. Правилното заземяване и екраниране елиминират повечето източници на смущения.

Проверката на параметрите включва потвърждаване на мерните единици, настройките на честотния диапазон и параметрите за анализ. Неправилният избор на параметри може да доведе до артефакти от измерването, които имитират истински сигнатури на повреди.

Архитектура на интегрирани диагностични системи

Съвременните съоръжения за поддръжка на локомотиви използват интегрирани диагностични системи, които комбинират множество техники за наблюдение на състоянието с централизирани възможности за управление и анализ на данни. Тези системи осигуряват цялостна оценка на оборудването, като същевременно намаляват изискванията за ръчно събиране и анализ на данни.

Разпределените сензорни мрежи позволяват едновременно наблюдение на множество компоненти в целия локомотив. Безжичните сензорни възли намаляват сложността на инсталацията и изискванията за поддръжка, като същевременно осигуряват предаване на данни в реално време към централните системи за обработка.

Автоматизираните алгоритми за анализ обработват входящите потоци от данни, за да идентифицират развиващи се проблеми и да генерират препоръки за поддръжка. Техниките за машинно обучение адаптират параметрите на алгоритмите въз основа на исторически данни и резултати от поддръжката, за да подобрят точността на диагностиката с течение на времето.

Интеграцията с база данни комбинира резултатите от вибрационния анализ с историята на поддръжката, експлоатационните условия и спецификациите на компонентите, за да осигури цялостна оценка на оборудването и поддръжка при планиране на поддръжката.

2.3.1.6. Практическо приложение на технологията за измерване на вибрации

Запознаване и настройка на диагностичната система

Ефективната вибрационна диагностика започва с задълбочено разбиране на възможностите и ограниченията на диагностичното оборудване. Съвременните преносими анализатори интегрират множество функции за измерване и анализ, което изисква систематично обучение за ефективно използване на всички налични функции.

Конфигурацията на системата включва установяване на параметри на измерване, подходящи за локомотивни приложения, включително честотни диапазони, настройки за разделителна способност и видове анализ. Конфигурациите по подразбиране рядко осигуряват оптимална производителност за специфични приложения, което налага персонализиране въз основа на характеристиките на компонентите и диагностичните цели.

Проверката на калибрирането осигурява точност на измерването и проследимост до националните стандарти. Този процес включва свързване на източници на прецизна калибриране и проверка на системния отговор в пълния честотен и амплитуден диапазон, използван за диагностични измервания.

Настройката на базата данни установява йерархии на оборудването, дефиниции на точките на измерване и параметри за анализ за всеки наблюдаван компонент. Правилната организация на базата данни улеснява ефективното събиране на данни и позволява автоматизирано сравнение с исторически тенденции и граници на алармите.

Разработване на маршрути и конфигуриране на база данни

Разработването на маршрути включва систематично идентифициране на точки за измерване и последователности, които осигуряват цялостно покритие на критични компоненти, като същевременно оптимизират ефективността на събирането на данни. Ефективните маршрути балансират диагностичната пълнота с практическите времеви ограничения.

Изборът на точки за измерване приоритизира местоположенията, осигурявайки максимална чувствителност към потенциални повреди, като същевременно осигурява повторяемо разположение на сензорите и приемлив безопасен достъп. Всяка точка за измерване изисква документиране на точното местоположение, ориентацията на сензора и параметрите на измерване.

Системите за идентификация на компоненти позволяват автоматизирана организация и анализ на данни чрез свързване на точките на измерване със специфични елементи от оборудването. Йерархичната организация улеснява анализа и сравнението на подобни компоненти в рамките на множество локомотиви в целия парк.

Дефинирането на параметрите за анализ установява честотни диапазони, настройки за разделителна способност и опции за обработка, подходящи за всяка точка на измерване. Местоположението на лагерите изисква високочестотна способност с опции за анализ на обвивката, докато измерванията на баланса и подравняването наблягат на нискочестотните характеристики.

Процедури за визуална проверка и подготовка

Визуалната проверка предоставя важна информация за състоянието на компонентите и потенциалните усложнения при измерването преди провеждане на вибрационни измервания. Тази проверка разкрива очевидни проблеми, които може да не изискват подробен анализ на вибрациите, като същевременно идентифицира фактори, които биха могли да повлияят на качеството на измерването.

Проверката на системата за смазване включва проверка на нивата на смазочните материали, наличието на течове и индикатори за замърсяване. Неадекватното смазване влияе върху вибрационните характеристики и може да показва предстоящи повреди, изискващи незабавно внимание, независимо от нивата на вибрации.

Проверката на монтажния хардуер идентифицира разхлабени болтове, повредени компоненти и структурни проблеми, които биха могли да повлияят на предаването на вибрации или монтажа на сензора. Тези проблеми може да изискват коригиране, преди да станат възможни надеждни измервания.

Подготовката на повърхността за монтаж на сензора включва почистване на измервателните повърхности, премахване на боя или корозия и осигуряване на адекватно резбово захващане за постоянните монтажни шпилки. Правилната подготовка на повърхността влияе пряко върху качеството на измерването и повторяемостта.

Оценката на опасностите за околната среда идентифицира проблеми с безопасността, включително горещи повърхности, въртящи се машини, електрически опасности и нестабилни конструкции. Съображенията за безопасност може да изискват специални процедури или предпазно оборудване за персонала по измерванията.

Установяване на режим на работа на компонента

Диагностичните измервания изискват установяване на постоянни работни условия, които осигуряват повторяеми резултати и оптимална чувствителност към условия на повреда. Изборът на работен режим зависи от дизайна на компонентите, наличната апаратура и ограниченията за безопасност.

Работата без товар осигурява базови измервания с минимални външни влияния от механично натоварване или вариации в електрическото натоварване. Този режим разкрива най-ясно фундаментални проблеми, включително дисбаланс, несъосност и електромагнитни повреди.

Работата с натоварване при определени нива на мощност разкрива явления, зависими от натоварването, които може да не се проявят по време на тестване без натоварване. Прогресивното натоварване помага за идентифициране на проблеми, чувствителни към натоварване, и установява зависимости за целите на проследяване на тенденциите.

Системите за контрол на скоростта поддържат постоянни скорости на въртене по време на измерване, за да осигурят стабилност на честотата и да позволят точен спектрален анализ. Вариациите в скоростта по време на измерване създават спектрално размазване, което намалява разделителната способност на анализа и диагностичната точност.

Установяването на термично равновесие гарантира, че измерванията представляват нормални работни условия, а не преходни ефекти при стартиране. Повечето въртящи се машини изискват 15-30 минути работа, за да достигнат термична стабилност и представителни нива на вибрации.

Измерване и проверка на скоростта на въртене

Точното измерване на скоростта на въртене предоставя важна справочна информация за спектрален анализ и изчисления на честотата на повредите. Грешките при измерване на скоростта пряко влияят върху точността на диагностиката и могат да доведат до неправилно идентифициране на повредата.

Оптичните тахометри осигуряват безконтактно измерване на скоростта, използвайки светлоотразителна лента или естествени повърхностни елементи. Тези инструменти предлагат висока точност и предимства за безопасност, но изискват достъп в пряка видимост и адекватен контраст на повърхността за надеждна работа.

Магнитните сензори за измерване откриват преминаването на феромагнитни елементи, като например зъби на зъбни колела или шпонкови канали на вала. Тези сензори осигуряват отлична точност и устойчивост на замърсяване, но изискват инсталиране на сензори и мишени върху въртящи се компоненти.

Стробоскопското измерване на скоростта използва синхронизирани мигащи светлини, за да създаде видими стационарни изображения на въртящи се компоненти. Тази техника осигурява визуална проверка на скоростта на въртене и позволява наблюдение на динамичното поведение по време на работа.

Проверката на скоростта чрез спектрален анализ включва идентифициране на отчетливи спектрални пикове, съответстващи на известни ротационни честоти, и сравняване с директни измервания на скоростта. Този подход осигурява потвърждение на точността на измерването и помага за идентифициране на спектрални компоненти, свързани със скоростта.

Събиране на данни за вибрации от много точки

Систематичното събиране на данни за вибрациите следва предварително определени маршрути и последователности на измерване, за да се осигури цялостно покритие, като същевременно се поддържат качеството и ефективността на измерването. Процедурите за събиране на данни трябва да са съобразени с различните условия на достъп и конфигурации на оборудването.

Повторяемостта на разположението на сензорите осигурява съгласуваност на измерванията между последователните сесии за събиране на данни. Постоянните монтажни шипове осигуряват оптимална повторяемост, но може да не са практични за всички места на измерване. Временните методи за монтаж изискват внимателна документация и помощни средства за позициониране.

Съображенията за време на измерване включват достатъчно време за установяване след инсталирането на сензора, достатъчна продължителност на измерването за статистическа точност и координация с графиците за работа на оборудването. Прибързаните измервания често водят до ненадеждни резултати, които усложняват диагностичната интерпретация.

Документацията за условията на околната среда включва температура на околната среда, влажност и нива на акустичен фон, които могат да повлияят на качеството или интерпретацията на измерванията. Екстремните условия може да изискват отлагане на измерването или модификации на параметрите.

Оценката на качеството в реално време включва наблюдение на характеристиките на сигнала по време на събирането на данни, за да се идентифицират проблеми с измерването преди завършване на събирането на данни. Съвременните анализатори предоставят спектрални дисплеи и статистика на сигнала, които позволяват незабавна оценка на качеството.

Акустичен мониторинг и измерване на температурата

Мониторингът на акустичните емисии допълва анализа на вибрациите чрез откриване на високочестотни вълни на напрежение, генерирани от разпространението на пукнатини, триенето и ударните явления. Тези измервания осигуряват ранно предупреждение за развиващи се проблеми, които все още може да не доведат до измерими промени във вибрациите.

Ултразвуковите слушалки позволяват звуково наблюдение на състоянието на лагерите чрез техники за честотно изместване, които преобразуват ултразвуковите емисии в звукови честоти. Опитните техници могат да идентифицират характерни звуци, свързани със специфични видове повреди.

Измерванията на температурата предоставят важна информация за термичното състояние на компонентите и помагат за валидирането на резултатите от вибрационния анализ. Мониторингът на температурата на лагерите разкрива проблеми със смазването и условия на натоварване, които влияят върху вибрационните характеристики.

Инфрачервената термография позволява безконтактно измерване на температурата и идентифициране на термични модели, показващи механични проблеми. Прегряващите точки могат да показват проблеми с триене, несъответствие или смазване, изискващи незабавно внимание.

Анализът на температурните тенденции, комбиниран с анализ на вибрационните тенденции, осигурява цялостна оценка на състоянието на компонентите и скоростта на деградация. Едновременното повишаване на температурата и вибрациите често показва ускоряващи се процеси на износване, изискващи бързи действия по поддръжка.

Проверка на качеството на данните и откриване на грешки

Проверката на качеството на измерванията включва систематична оценка на получените данни, за да се идентифицират потенциални грешки или аномалии, които биха могли да доведат до неправилни диагностични заключения. Процедурите за контрол на качеството трябва да се прилагат веднага след събирането на данните, докато условията на измерване са все още свежи в паметта.

Показателите за качество на спектралния анализ включват подходящи нива на шум, липса на очевидни артефакти от алиасинг и разумен честотен състав спрямо известните източници на възбуждане. Спектралните пикове трябва да съвпадат с очакваните честоти въз основа на скоростите на въртене и геометрията на компонентите.

Проверката на формата на вълната във времевата област разкрива характеристики на сигнала, които може да не са очевидни при анализа в честотната област. Отрязването, DC отместванията и периодичните аномалии показват проблеми с измервателната система, изискващи корекция преди анализ на данните.

Проверката на повторяемостта включва събиране на множество измервания при идентични условия, за да се оцени съгласуваността на измерванията. Прекомерната вариабилност показва нестабилни работни условия или проблеми с измервателната система.

Историческото сравнение предоставя контекст за оценка на текущите измервания спрямо предишни данни от същите точки на измерване. Внезапните промени могат да показват истински проблеми с оборудването или грешки в измерването, изискващи разследване.

2.3.1.7. Практическа оценка на състоянието на лагерите с помощта на първични данни от измервания

Анализ на грешките при измерване и валидиране на данните

Надеждната диагностика на лагерите изисква систематично идентифициране и елиминиране на грешки в измерванията, които могат да маскират истински признаци на повреди или да създадат фалшиви индикации. Анализът на грешките започва веднага след събирането на данните, докато условията и процедурите за измерване остават ясни в паметта.

Валидирането на спектралния анализ включва изследване на характеристиките на честотната област за съответствие с известните източници на възбуждане и възможностите на измервателната система. Истинските сигнатури на дефекти в лагерите показват специфични честотни зависимости и хармонични модели, които ги отличават от артефактите от измерването.

Анализът във времевата област разкрива характеристики на сигнала, които могат да показват проблеми с измерването, включително клипинг, електрически смущения и механични смущения. Сигналите за дефекти на лагерите обикновено проявяват импулсни характеристики с високи коефициенти на крест и периодични амплитудни модели.

Анализът на историческите тенденции предоставя важен контекст за оценка на текущите измервания спрямо предишни данни от идентични места за измерване. Постепенните промени показват истинско влошаване на оборудването, докато внезапните промени могат да предполагат грешки в измерването или външни влияния.

Крос-каналната проверка включва сравняване на измервания от множество сензори на един и същ компонент, за да се идентифицира чувствителността към посоката и да се потвърди наличието на повреда. Дефектите на лагерите обикновено засягат множество посоки на измерване, като същевременно се запазват характерните честотни зависимости.

Оценката на факторите на околната среда взема предвид външни влияния, включително температурни колебания, промени в натоварването и акустичен фон, които могат да повлияят на качеството на измерването или интерпретацията. Корелацията между условията на околната среда и вибрационните характеристики предоставя ценна диагностична информация.

Проверка на скоростта на въртене чрез спектрален анализ

Точното определяне на скоростта на въртене осигурява основата за всички изчисления на честотата на повреди в лагерите и диагностична интерпретация. Спектралният анализ предлага множество подходи за проверка на скоростта, които допълват директните измервания с тахометър.

Идентифицирането на фундаменталната честота включва локализиране на спектрални пикове, съответстващи на честотата на въртене на вала, които би трябвало да се появяват ясно в повечето спектри на въртящи се машини поради остатъчен дисбаланс или леко несъосие. Фундаменталната честота осигурява базова отправна точка за всички изчисления на хармоничните и честотата на лагерите.

Анализът на хармоничните модели изследва връзката между основната честота и нейните хармоници, за да потвърди точността на скоростта и да идентифицира допълнителни механични проблеми. Чистият ротационен дисбаланс произвежда предимно вибрации с основна честота, докато механичните проблеми генерират по-високи хармоници.

Електромагнитната честотна идентификация в двигателните приложения разкрива линейните честотни компоненти и честотите на преминаване на слотовете, които осигуряват независима проверка на скоростта. Тези честоти поддържат фиксирани зависимости от честотата на електрическото захранване и конструктивните параметри на двигателя.

Идентифицирането на честотата на зъбно колело в зъбни системи осигурява високоточно определяне на скоростта чрез връзката между честотата на зъбно колело и скоростта на въртене. Честотите на зъбното колело обикновено водят до ясно изразени спектрални пикове с отлично съотношение сигнал/шум.

Оценката на вариациите на скоростта изследва спектралната пикова острота и структурата на страничната лента, за да се оцени стабилността на скоростта по време на измерване. Нестабилността на скоростта създава спектрално размазване и генериране на странични ленти, което намалява точността на анализа и може да маскира дефектните характеристики на лагерите.

Изчисляване и идентифициране на честотата на дефектите на лагерите

Изчисленията на честотата на дефектите на лагерите изискват точни данни за геометрията на лагерите и прецизна информация за скоростта на въртене. Тези изчисления предоставят теоретични честоти, които служат като шаблони за идентифициране на действителните сигнатури на дефекти на лагерите в измерените спектри.

Честота на преминаване на топката Външният ринг (BPFO) представлява честотата, с която търкалящите елементи срещат дефекти по външния ринг. Тази честота обикновено варира от 0,4 до 0,6 пъти честотата на въртене, в зависимост от геометрията на лагера и характеристиките на ъгъла на контакт.

Честотата на преминаване на сферата във вътрешния ринг (BPFI) показва скоростта на контакт на търкалящия елемент с дефектите във вътрешния ринг. BPFI обикновено превишава BPFO с 20-40% и може да показва амплитудна модулация при ротационна честота поради ефектите на зоната на натоварване.

Основната честота на влака (FTF) представлява честотата на въртене на клетката и обикновено е равна на 0,35-0,45 пъти честотата на въртене на вала. Дефекти в клетката или проблеми със смазването могат да генерират вибрации при FTF и нейните хармоници.

Честотата на въртене на топката (BSF) показва честотата на въртене на отделния търкалящ елемент и рядко се появява във вибрационните спектри, освен ако търкалящите елементи не показват специфични дефекти или размерни вариации. Идентифицирането на BSF изисква внимателен анализ поради типично ниската ѝ амплитуда.

Съображенията за допустима честота отчитат производствените вариации, ефектите на натоварването и неопределеностите на измерването, които могат да доведат до различия между действителните честоти на дефектите и теоретичните изчисления. Широтата на търсене от ±5% около изчислените честоти отчита тези вариации.

Спектрално разпознаване на образи и идентифициране на повреди

Идентифицирането на повреди в лагерите изисква систематични техники за разпознаване на модели, които разграничават истинските сигнатури на дефекти в лагерите от други източници на вибрации. Всеки тип повреда създава характерни спектрални модели, които при правилна интерпретация позволяват поставянето на специфична диагноза.

Сигнатурите на дефектите на външния джант обикновено се появяват като дискретни спектрални пикове при BPFO и неговите хармоници без значителна амплитудна модулация. Липсата на странични ленти с ротационна честота отличава дефектите на външния джант от проблемите с вътрешния джант.

Сигнатурите на дефектите във вътрешния джант показват основна честота на BPFI със странични ленти, разположени на интервали от ротационна честота. Тази амплитудна модулация е резултат от ефектите на зоната на натоварване, тъй като дефектната област се върти при различни условия на натоварване.

Сигнатури на дефекти на търкалящите елементи могат да се появят при BSF или да създадат модулация на честотите на други лагери. Тези дефекти често водят до сложни спектрални модели, които изискват внимателен анализ, за да се разграничат от дефекти на състезанията.

Дефектите в клетката обикновено се проявяват при честота на повреди в радиуса на въртене (FTF) и неговите хармоници, често съпроводени от повишени нива на фонов шум и нестабилни амплитудни характеристики. Проблемите с клетката могат също да модулират други честоти на лагерите.

Внедряване и интерпретация на анализа на обвивките

Анализът на обвивката извлича информация за амплитудна модулация от високочестотни вибрации, за да разкрие модели на нискочестотни дефекти в лагерите. Тази техника се оказва особено ефективна за откриване на ранни дефекти в лагерите, които може да не произвеждат измерими нискочестотни вибрации.

Изборът на честотна лента за анализ на обвивката изисква идентифициране на структурни резонанси или собствени честоти на лагерите, които се възбуждат от ударните сили на лагера. Оптималните честотни ленти обикновено варират от 1000 до 8000 Hz в зависимост от размера на лагера и характеристиките на монтажа.

Параметрите на проектиране на филтъра влияят значително на резултатите от анализа на обвивката. Лентовите филтри трябва да осигуряват адекватна честотна лента за улавяне на резонансните характеристики, като същевременно изключват съседни резонанси, които могат да повлияят на резултатите. Характеристиките на спадане на филтъра влияят върху преходния отговор и чувствителността на откриване на удар.

Интерпретацията на обвивния спектър следва подобни принципи на конвенционалния спектрален анализ, но се фокусира върху модулационните честоти, а не върху носещите честоти. Честотите на дефектите в лагера се появяват като дискретни пикове в обвивния спектър с амплитуди, показващи тежестта на дефекта.

Оценката на качеството на анализа на обвивката включва оценка на избора на филтър, характеристиките на честотната лента и съотношението сигнал/шум, за да се гарантират надеждни резултати. Лошите резултати от анализа на обвивката могат да показват неправилен избор на филтър или недостатъчно възбуждане на структурен резонанс.

Оценка на амплитудата и класификация на тежестта

Оценката на тежестта на дефектите на лагерите изисква систематична оценка на амплитудите на вибрациите спрямо установените критерии и историческите тенденции. Класификацията на тежестта позволява планиране на поддръжката и оценка на риска за продължаване на експлоатацията.

Критериите за абсолютна амплитуда предоставят общи насоки за оценка на състоянието на лагерите, базирани на индустриалния опит и стандарти. Тези критерии обикновено установяват нива на предупреждение и аларми за обща вибрация и специфични честотни ленти.

Анализът на тенденциите оценява промените в амплитудата във времето, за да оцени скоростта на деградация и да предскаже оставащия полезен живот. Експоненциалното нарастване на амплитудата често показва ускоряващи се повреди, изискващи бързи действия по поддръжката.

Сравнителният анализ оценява състоянието на лагерите спрямо подобни лагери в идентични приложения, за да се отчетат специфичните експлоатационни условия и характеристики на монтажа. Този подход осигурява по-точна оценка на тежестта на дефекта, отколкото само абсолютните критерии.

Многопараметричното интегриране комбинира информация от общите нива на вибрации, специфичните честоти на дефектите, резултатите от анализа на обвивката и температурните измервания, за да осигури цялостна оценка на лагерите. Еднопараметричният анализ може да предостави непълна или подвеждаща информация.

Влияние на зоните на натоварване и анализ на моделите на модулация

Разпределението на натоварването на лагера значително влияе върху вибрационните характеристики и диагностичната интерпретация. Ефектите от зоните на натоварване създават модели на амплитудна модулация, които предоставят допълнителна информация за състоянието на лагера и характеристиките на натоварване.

Модулация на дефектите във вътрешния ринг възниква, когато дефектните области се въртят през различни зони на натоварване по време на всяко завъртане. Максимална модулация възниква, когато дефектите се подредят с позициите за максимално натоварване, докато минималната модулация съответства на ненатоварени позиции.

Идентифицирането на зоните на натоварване чрез модулационен анализ разкрива модели на натоварване на лагерите и може да показва несъосност, проблеми с основите или необичайно разпределение на натоварването. Асиметричните модели на модулация предполагат неравномерни условия на натоварване.

Анализът на страничните ленти изследва честотните компоненти около честотите на дефектите на лагерите, за да определи количествено дълбочината на модулация и да идентифицира източниците на модулация. Страничните ленти с ротационна честота показват ефекти върху зоната на натоварване, докато други честоти на страничните ленти могат да разкрият допълнителни проблеми.

Фазовият анализ на моделите на модулация предоставя информация за местоположението на дефектите спрямо зоните на натоварване и може да помогне за прогнозиране на моделите на прогресия на повредите. Усъвършенстваните техники за анализ могат да оценят оставащия живот на лагерите въз основа на характеристиките на модулация.

Интеграция с допълнителни диагностични техники

Цялостната оценка на лагерите интегрира вибрационен анализ с допълнителни диагностични техники за подобряване на точността и намаляване на процента на фалшиви аларми. Множеството диагностични подходи осигуряват потвърждение за идентифициране на проблема и подобрена оценка на тежестта му.

Анализът на маслото разкрива частици от износване на лагерите, нива на замърсяване и разграждане на смазочния материал, които корелират с резултатите от вибрационния анализ. Нарастващите концентрации на частици от износване често предхождат забележимите промени във вибрациите с няколко седмици.

Мониторингът на температурата осигурява индикация в реално време за термичното състояние на лагерите и нивата на триене. Повишаването на температурата често съпътства увеличаването на вибрациите по време на процесите на износване на лагерите.

Мониторингът на акустичните емисии открива високочестотни вълни на напрежение от разпространението на пукнатини и явленията на повърхностен контакт, които могат да предшестват конвенционалните вибрационни сигнали. Тази техника осигурява възможност за най-ранно откриване на повреди.

Мониторингът на производителността оценява влиянието на лагерите върху работата на системата, включително промени в ефективността, вариации в разпределението на натоварването и оперативна стабилност. Влошаването на производителността може да показва проблеми с лагерите, изискващи проучване, дори когато нивата на вибрации остават приемливи.

Изисквания за документация и отчетност

Ефективната диагностика на лагерите изисква подробна документация на процедурите за измерване, резултатите от анализа и препоръките за поддръжка, за да се подпомогне вземането на решения и да се осигурят исторически записи за анализ на тенденциите.

Документацията за измерване включва конфигурация на оборудването, условия на околната среда, работни параметри и резултати от оценката на качеството. Тази информация позволява повторяемост на измерванията в бъдеще и предоставя контекст за интерпретация на резултатите.

Аналитичната документация документира изчислителните процедури, методите за идентифициране на честотата и диагностичните разсъждения, за да подкрепи заключенията и да даде възможност за експертна оценка. Подробната документация улеснява трансфера на знания и обучителните дейности.

Документацията с препоръки предоставя ясни насоки за поддръжка, включително класификация на спешността, предложени процедури за ремонт и изисквания за мониторинг. Препоръките трябва да включват достатъчна техническа обосновка в подкрепа на решенията за планиране на поддръжката.

Поддържането на историческата база данни гарантира, че резултатите от измерванията и анализите остават достъпни за анализ на тенденции и сравнителни проучвания. Правилната организация на базата данни улеснява анализа на целия автопарк и идентифицирането на често срещани проблеми в подобно оборудване.

Заключение

Вибрационната диагностика на компонентите на железопътните локомотиви представлява сложна инженерна дисциплина, която съчетава фундаментални механични принципи с усъвършенствани технологии за измерване и анализ. Това изчерпателно ръководство изследва основните елементи, необходими за ефективното внедряване на вибрационен мониторинг на състоянието при операциите по поддръжка на локомотиви.

Основата на успешната вибрационна диагностика се основава на задълбочено разбиране на осцилаторните явления във въртящите се машини и специфичните характеристики на блоковете колоос-мотор (WMB), блоковете колоос-зъбни колела (WGB) и спомагателните машини (AM). Всеки тип компонент представя уникални вибрационни сигнатури, които изискват специализирани подходи за анализ и техники за интерпретация.

Съвременните диагностични системи предоставят мощни възможности за ранно откриване на повреди и оценка на тежестта им, но тяхната ефективност зависи критично от правилното внедряване, контрола на качеството на измерванията и умелото тълкуване на резултатите. Интегрирането на множество диагностични техники повишава надеждността и намалява процента на фалшивите аларми, като същевременно осигурява цялостна оценка на състоянието на компонентите.

Непрекъснатото развитие на сензорните технологии, алгоритмите за анализ и възможностите за интегриране на данни обещава по-нататъшни подобрения в диагностичната точност и оперативната ефективност. Организациите за поддръжка на железопътния транспорт, които инвестират в цялостни възможности за вибрационна диагностика, ще реализират значителни ползи чрез намаляване на непланираните повреди, оптимизирано планиране на поддръжката и повишена оперативна безопасност.

Успешното внедряване на вибрационната диагностика изисква постоянен ангажимент за обучение, технологичен напредък и процедури за осигуряване на качеството. Тъй като железопътните системи продължават да се развиват към по-високи скорости и по-високи изисквания за надеждност, вибрационната диагностика ще играе все по-важна роля за поддържане на безопасна и ефективна работа на локомотивите.