Dijagnostika defekta ležaja
Defekti ležaja su mikroskopski ili makroskopski nedostaci — pukotine, ljuskanje ili jamice — na radnim površinama valjnog ležaja. Pošto su valjni ležajevi fundamentalni za većinu rotacijske mašinerije i česta točka kvarova, rano otkriće tih nedostataka jedan je od najveće vrijednosti poslova u vibration analysis. Defekt proizvodi ponovljiv, periodički udar svaki put kada valjni element pređu preko njega, i ta periodičnost je upravo ono što čini kvara vidljivim u spectrum dugo prije nego što se ležaj zagrije ili postane čujan.
1. Priroda defekta ležaja
Tipičan valjni ležaj se sastoji od četiri dijela: vanjska prstena, unutarnje prstene, skupa kuglica ili valjaka, i kaveza koji drži elemente ravnomjerno razmaknute. Defekt je nedostatak na bilo kojoj od tih površina. Kako valjni element prolazi preko njega, kontakt proizvodi mali, oštar, visokofrekventni udar — “klik.” Jedan klik nosi vrlo malo energije, ali udari se ponavljaju na svakom prolazu, gradeći snažno periodički signal. Analiza vibracija je izuzetno dobra u identificiranju ove vrste ponovljenog udaranja, što je razlog zašto se propadajući ležaj može uhvatiti mjesecima prije nego na točki zaustavljanja.
2. Četiri temeljne frekvencije kvarova
Kamen temeljac dijagnostike ležaja je da, za zadanu geometriju ležaja i brzinu vratila, udari se pojavljuju u vrlo specifičnim, predvidivim brzinama. Ove frekvencijama kvarova ležajeva are:
- BPFO (Ball Pass Frequency, vanjska prstena): brzina na kojoj valjni elementi prolaze jednu točku na stacionarnoj vanjskoj prsteni. To je najčešće promatrana frekvencija defekta ležaja.
- BPFI (Ball Pass Frequency, unutarnja prstena): brzina na kojoj elementi prolaze točku na unutarnjoj prsteni. Pošto se unutarnja prstena okreće s vratilom, BPFI je viša od BPFO.
- BSF (Ball Spin Frequency): frekvencija na kojoj valjni element se vrti oko svoje osi. Defekt BSF često pokazuje energiju na dvostruko toj brzini, jer nedostatak udara obje prstene na svakom okretaju elementa.
- FTF (Osnovna frekvencija nizanja): rotacijska frekvencija kaveza, ili “niza.” To je vrlo niska frekvencija, obično manja od 0.5X running speed.
Te frekvencije zavise od geometrije ležaja — prečnika toka, prečnika valjka, kuta dodira i broja elemenata — zajedno sa brzinom vratila. Programska oprema za vibracije obično sadrži veliku bazu podataka ležaja i može ih automatski izračunati, a mogu se izračunati direktno pomoću kalkulatora frekvencija neispravnosti ležaja kada su poznati broj ležaja ili dimenzije.
3. Kako se neispravnosti ležaja pojavljuju u spektru
Razvojna neispravnost ostavlja karakterističan uzorak u FFT spektar:
- Vrhovi na visokim frekvencijama: sama frekvencija greške (na primjer BPFO) pojavljuje se kao vrh u gornjem dijelu frekvencijskog raspona, dalje od vrhova rotacije nižeg reda.
- Harmonics: oštra, impulsivna priroda udaraca obično generiše nekoliko harmonika — tačne višekratnike — frekvencije greške, a dugačak niz njih ukazuje na dobro razvijenu manu.
- Sidebands: ovo je kritični dijagnostički pokazatelj. Vrh frekvencije greške je obično flankirан sidebandima razmaknuo na 1X brzinu vrtnje. BPFO vrh sa 1X sidebandima je klasičan potpis spoljne trke, dok neispravnost unutrašnje trke (BPFI) skoro uvek nosi 1X sidebandove jer rotirajući defekt ulazi i izlazi iz zone opterećenja ležaja jednom po okretaju, modulirajući snagu udarca.
U najranijim fazama ovi vrhovi su mali i lako se mogu naći na šumnom podu spektra, što je razlog zašto se obično primenjuje specijalizovana tehnika detekcije.
4. Analiza obvojnice za rano otkrivanje
Analize omotača, takodje nazvana demodulacija, je najmoćnija metoda za hvatanje neispravnosti ležaja u ranoj fazi. To je signal-obrada tehnika koja sa pasusnom filtracijom uklanja nisko-frekvencijsku, visokoenergetsku vibraciju iz izvora kao što je unbalance and misalignment, zatim se fokusira isključivo na nisko-energetske udarce visokih frekvencija koje mana proizvodi. Ponavljajući udarci zvone prirodne frekvencije strukture, a obrada obvojnice izvlači stopu ponavljanja tog zvučanja.
The resulting spektar obvojnice je iznenađujuće “čist,” prikazujući frekvencije neispravnosti ležaja i njihove harmonike jasno nasuprot niskој pozadini. To omogućava otkrivanje mesecima — ponekad godinama — pre nego što bi ležaj inače otkazao, pružajući vreme za planiranje koje omogućava zakazanu zamenu umesto hitnog prekida.
5. Potvrđivanje dijagnoze u polju
Robustan zaključak o ležaju počiva na poređenju merenih vrhova sa izračunatim frekvencijama greške i potvrđivanju očekivanog sidebend uzorka, idealno potkrepljeno spektrom obvojnice i jasno uzlaznom tendencijom kroz uzastopna merenja. Prenosiv instrument sa dva kanala kao što je Balanset-1A omogućava inženjeru da prihvati spektar na mašini u njenim ležajima pri radnoj brzini, tako da se sumnjiva neispravnost ležaja može proveriti na licu mesta u odnosu na njegove predviđene frekvencije. Takođe je vredno isključiti analoge: strukturni looseness i kvarovi valjčastih ležajeva mogu povećati energiju u cijelom spektru, ali samo prava greška ležaja se poklapa sa porodicama BPFO, BPFI, BSF ili FTF.
