Диагностициране на дефекти на лагери
Дефекти на лагерите са микроскопични или макроскопични дефекти — пукнатини, отчупвания или вдлъбнатини — по работните повърхности на ролков лагер. Тъй като ролковите лагери са от основно значение за повечето въртящи се машини и често са причина за повреди, ранното откриване на тези дефекти е една от най-важните задачи в анализ на вибрациите. Дефектът предизвиква повтарящо се, периодично въздействие при всяко преминаване на търкалящ се елемент над него, и именно тази периодичност прави дефекта видим в спектър много преди лагера да прегрее или да започне да се чува.
1. Характер на дефектите на лагерите
Типичният ролков лагер се състои от четири части: външен пръстен, вътрешен пръстен, комплект топки или ролки и клетка, която поддържа равномерно разстояние между елементите. Дефектът представлява повреда по някоя от тези повърхности. Когато ролковият елемент преминава през нея, контактът генерира малък, рязък удар с висока честота — „щракване“. Един клик носи много малко енергия, но ударите се повтарят при всяко преминаване, създавайки силно периодичен сигнал. Анализът на вибрациите е изключително добър в откриването на този вид повтарящи се удари, което е причината даден лагер в лошо състояние да може да бъде засечен месеци предварително, а не в момента на засядане.
2. Четирите основни честоти на повреди
В основата на диагностиката на лагерите стои фактът, че при дадена геометрия на лагера и скорост на вала ударите възникват с много конкретна и предсказуема честота. Тези честоти на дефектите в лагерите are:
- БПФО (Честота на преминаване на търкалящия елемент по външния пръстен): скоростта, с която търкалящите се елементи преминават покрай дадена точка на неподвижния външен пръстен. Това е най-често срещаният дефект при лагерите.
- БПФИ (Честота на преминаване на търкалящия елемент по вътрешния пръстен): скоростта, с която елементите преминават през дадена точка по вътрешния пръстен. Тъй като вътрешният пръстен се върти заедно с вала, BPFI е по-висока от BPFO.
- ЧСФ (Честота на въртене на топката): честотата, с която се върти един ролков елемент около собствената си ос. Дефектът от типа BSF често се проявява с енергия, двойно по-голяма от тази честота, тъй като дефектът засяга и двете пътеки при всяко завъртане на елемента.
- чуждестранен тероризъм (Основна честота на клетката): честотата на въртене на клетката, или „влакчето“. Това е много ниска честота, обикновено по-малко от 0,5 пъти работна скорост.
Тези стойности зависят от геометрията на лагера — работен диаметър, диаметър на търкалящите се елементи, ъгъл на контакт и брой елементи — както и от скоростта на вала. Софтуерът за анализ на вибрациите обикновено разполага с обширна база данни за лагери и ги изчислява автоматично, като те могат да бъдат определени директно с помощта на калкулатор за честотата на дефектите в лагерите когато са известни каталожният номер или размерите на лагера.
3. Как се появяват дефектите на лагерите в спектъра
Развиващ се дефект оставя характерна следа в FFT спектър:
- Върхове при високи честоти: Самата честота на дефекта (например BPFO) се проявява като пик в горната част на честотния диапазон, далеч от върховете на ниските ордени на въртене.
- Хармоници: Резкият и импулсивен характер на ударите обикновено поражда няколко хармоници — точни кратни — на честотата на разлома, а дългата поредица от тях е признак за добре развит разлом.
- Странични ленти: Това е ключовият диагностичен показател. Върхът на честотата на дефекта обикновено е обграден от странични ленти, разположени на разстояние, равно на 1X работната скорост. Върхът на BPFO със странични ленти 1X е класически признак за дефект във външния пръстен, докато дефектът във вътрешния пръстен (BPFI) почти винаги се съпровожда от странични ленти 1X, тъй като въртящият се дефект навлиза и излиза от зоната на натоварване на лагера веднъж на всеки оборот, модулирайки силата на удара.
В най-ранните етапи тези пикове са малки и лесно се губят в фоновия шум на спектъра, поради което обикновено се използва специална техника за откриване.
4. Анализ на „плик“ за ранна диагностика
Анализ на обвивката, наричана още демодулация, е най-ефективният метод за откриване на дефекти в лагерите на ранен етап. Това е техника за обработка на сигнала, при която с помощта на лентов филтър се отстраняват нискочестотните вибрации с висока енергия от източници като дисбаланс и несъосност, след което се фокусира изцяло върху високочестотните удари с ниска енергия, които генерира дефектът. Повтарящите се удари предизвикват резонанс на собствените честоти на конструкцията, а обработката на огибащата крива извлича честотата на повторение на този резонанс.
The resulting спектър на обвивката е изключително „ясна“ и показва честотите на повредите в лагерите и техните хармоници на ясен фон. Това позволява откриването им месеци — а понякога и години — преди лагерът да се повреди, като осигурява достатъчно време за планирана подмяна, вместо да се стига до аварийна повреда.
5. Потвърждаване на диагнозата на място
Надеждното определяне на посоката на разпространение се основава на съпоставянето на измерените пикове с изчислените честоти на разлома и потвърждаването на очакваната картина на страничните ленти, като в идеалния случай това се подкрепя от спектър на амплитудната крива и ясна възходяща тенденция при последователни измервания. Преносим двуканален уред като Balanset-1A позволява на инженера да записва спектъра на машината при нейните собствени лагери на работна скорост, така че подозрение за дефект в лагера да може да бъде проверено на място в сравнение с прогнозираните честоти. Също така е важно да се изключат подобни състояния: структурни разхлабеност и повредите на търкалящите се елементи могат да предизвикат широколентова енергия, но само истинска повреда на лагера съответства на групите BPFO, BPFI, BSF или FTF.
