Диагностициране на дефекти на зъбни колела с вибрационен анализ
Gear defects са режимите на износване и повреда — износване на зъби, пукнатини, ексцентричност, неправилно подравяване — които се развиват в зъбните предавания, използвани за предаване на мощност в цялото индустриално оборудване. Зацепването на зъбите на зъбните колела е присъщо шумен и вибрационен процес, така че здравите зъбни колела произвеждат много ясна и стабилна вибрационна сигнатура; всяко отклонение от тази сигнатура е силен индикатор за проблем. Тъй като анализ на вибрациите могат да открият тези отклонения в много ранен етап, той хваща неправилности в зъбните колела дълго преди те да се разрастат в катастрофален отказ на редуктора.
1. Вибрационният подпис на зъбните колела
Всяко зъбно предаване има характеристичен отпечатък в честотната област, доминиран от честотата, на която се зацепват зъбите, и обкръжен от активност, свързана с въртенето на всеки вал. Базовото измерване на здрав редуктор е следователно един от най-ценните референции, които програма за надеждност може да притежава: неправилностите се диагностицират не по абсолютно число, а по това как спектърът на днешния ден и времева форма на сигнала се различават от известната добра сигнатура. Дисциплината на диагностициране на зъбни колела е в голяма степен дисциплината на правилното прочитане на тази разлика, което е причината зъбните колела да изпъкват толкова очевидно в редовното мониторинг на състоянието.
2. Честота на зацепване на зъбното колело (GMF)
Най-важната честота при анализа на скоростната кутия е Честота на зацепване на зъбните колела (GMF) — честотата, на която зъбите на две зацепващи се зъбни колела си взаимодействат помежду си.
GMF = Брой зъби на зъбно колело × Скорост на въртене на това зъбно колело
В един здрав редуктор FFT спектър показва ясен пик при GMF, обикновено с няколко малки хармоници (2×GMF, 3×GMF). The amplitude of the GMF peak reflects the load on the gears, so a tall GMF peak on its own is not necessarily a fault — it may simply mean the gearbox is working hard. The real diagnostic information lives in the frequencies around пика на GMF, не в самия пик. Тъй като GMF зависи както от броя на зъбите, така и от скоростта, е лесно да се неправилно идентифицира ръчно; един калкулатор на честотата на зацепване на зъбни колела определя GMF и неговите странични ленти за дадено зъбно предаване за секунди.
3. Използване на странични ленти за диагностика на неправилности
Странични ленти са най-мощният инструмент за диагностициране на специфични проблеми в зъбните предавки. Те представляват малки пикове, появяващи се от двете страни на ГМЧ и неговите хармоници, породени когато даден дефект модулира процеса на зацепване. Решаващата улика е тяхната spacing: разстоянието между страничната честотна лента и пика на ГМЧ е равно на честотата на въртене на вала, носещ повредената предавка, което незабавно Ви показва който вал за проверка.
- Износена или ексцентрична предавка: a worn, eccentric или дефектната предавка модулира ГМЧ на собствената си честота на въртене, създавайки странични честотни ленти с интервал, равен на скорост на движение (1×) на вала на тази предавка. Ако страничните ленти съответстват на скоростта на входния вал, дефектът е в зъбното колело на входа.
- Общо износване на зъбите: износване на предавките обикновено увеличава амплитудата на ГМЧ и неговите хармоници, придружени от странични ленти с 1× честота на съответната предавка.
- Напукан или счупен зъб: единичен напукан или счупен зъб генерира силен пик на 1× честота на въртене на тази предавка, често с множество хармоници, плюс странични ленти около ГМЧ с интервал, равен на скоростта на тази предавка. Времевата форма на вибрациите е особено ценна тук — тя показва ясен, периодичен удар всеки път, когато повреденият зъб се опитва да влезе в зацепване.
- Несъосност на зъбните колела: несъответствие на зъбните предавки често генерира висок хармоник 2×ГМЧ, понякога по-висок от основния пик на ГМЧ, отново придружен от странични ленти на честотата на въртене.
Свързан ефект, заслужаващ внимание, е честота на лов на зъба, изключително ниската честота, с която определена двойка зъби влиза повторно в зацепване; дефекти, включващи по един лош зъб от всяка предавка, могат да я възбудят.
4. Специализирани техники на анализ
Тъй като вибрациите от зъбни предавки са изключително богати на информация, стандартният спектрален анализ се подкрепя редовно с техники, изолиращи сигнала на предавката:
- Анализ на временния форма: необходима за потвърждаване на счупени или напукани зъби, които се проявяват като резки, повтарящи се удари, синхронизирани с въртенето на предавката, а не с зацепването.
- Анализ на кепструма: трансформация, която кондензира цели семейства от равномерно разпределени странични ленти в единични, лесно четими компоненти, правейки видими моделите на страничните ленти, когато те са погребани в претъпкан FFT спектър.
- Анализ на обвивката: демодулира носещата честота от висок обхват, за да разкрие ниската честота на ударите от локализиран дефект на зъб, допълвайки картината на страничните ленти.
5. Етапи на повреда на предавката
Вибрационният анализ може да проследи прогресията на дефект в зъбна предавка през четири разпознаваеми етапа, давайки на екипите по поддръжка необходимото изпреварване за планиране на намеса:
- Етап 1 (ранен): появяват се малки странични ленти около ГМЧ. Общото ниво на вибрации може изобщо да не се промени.
- Етап 2 (умерен): амплитудите на страничните ленти нарастват и хармониците на ГМЧ започват да се появяват с техни собствени странични ленти.
- Етап 3 (сериозен): ГМЧ и неговите хармоници носят множество широки странични ленти, 1× честотата на проблемната предавка започва да нараства и шумовото дъно на спектъра се повишава.
- Етап 4 (катастрофален): GMF може да изчезне, заменен от шумна, случайна вибрационна сигнатура, тъй като зъбите са сериозно наранени или унищожени.
6. Прилагане на практика в полеви условия
Диагностицирането на зъбни предавки започва с чисто полево измерване при работна скорост и товар. Преносим двуканален уред като Балансет-1а улавя FFT спектъра и необработената времева вълна при всеки лагер, позволявайки на инженера да открие GMF, да отчете разстоянието между страничните ленти, за да локализира дефекта върху конкретен вал, и да следи вълновата форма за характерния периодичен удар от счупен зъб — всичко без отваряне на редуктора. Когато редукторът задвижва или поддържа ротор, същият уред проверява дали остатъчното лагер и вибрацията, свързана с небаланс, остават в границите на стандарти като ISO 20816, така че потвърден дефект на зъбната предавка да не бъде маскиран от несвързани източници. Открит на Етап 1 или 2, дефектът на зъбната предавка се превръща в планиран ремонт, вместо в непредвидена авария.
