Διαγνωστικά Κραδασμών Εξαρτημάτων Σιδηροδρομικών Αμαξοστοιχιών: Ένας Πλήρης Οδηγός για Μηχανικούς Επισκευών

2.3.1.1. Βασικές Αρχές Δόνησης: Ταλαντωτικές Δυνάμεις και Δόνηση σε Περιστρεφόμενο Εξοπλισμό

Βασικές Αρχές Μηχανικής Δόνησης

Η μηχανική δόνηση αντιπροσωπεύει την ταλαντωτική κίνηση των μηχανικών συστημάτων γύρω από τις θέσεις ισορροπίας τους. Οι μηχανικοί που εργάζονται με εξαρτήματα ατμομηχανών πρέπει να κατανοήσουν ότι η δόνηση εκδηλώνεται με τρεις θεμελιώδεις παραμέτρους: μετατόπιση, ταχύτητα και επιτάχυνση. Κάθε παράμετρος παρέχει μοναδικές πληροφορίες για την κατάσταση του εξοπλισμού και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά.

Μετατόπιση κραδασμών Μετρά την πραγματική φυσική κίνηση ενός εξαρτήματος από τη θέση ηρεμίας του. Αυτή η παράμετρος αποδεικνύεται ιδιαίτερα πολύτιμη για την ανάλυση κραδασμών χαμηλής συχνότητας που συνήθως συναντώνται σε ανισορροπίες περιστρεφόμενων μηχανημάτων και προβλήματα θεμελίωσης. Το πλάτος μετατόπισης συσχετίζεται άμεσα με τα πρότυπα φθοράς στις επιφάνειες εδράνων και τα εξαρτήματα σύνδεσης.

Ταχύτητα δόνησης αντιπροσωπεύει τον ρυθμό μεταβολής της μετατόπισης με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η παράμετρος επιδεικνύει εξαιρετική ευαισθησία σε μηχανικά σφάλματα σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, καθιστώντας την την πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη παράμετρο στην παρακολούθηση βιομηχανικών κραδασμών. Οι μετρήσεις ταχύτητας ανιχνεύουν αποτελεσματικά τα αναπτυσσόμενα σφάλματα σε κιβώτια ταχυτήτων, ρουλεμάν κινητήρα και συστήματα ζεύξης πριν φτάσουν σε κρίσιμα στάδια.

Επιτάχυνση δόνησης Μετράει τον ρυθμό μεταβολής της ταχύτητας με την πάροδο του χρόνου. Οι μετρήσεις επιτάχυνσης υψηλής συχνότητας υπερέχουν στην ανίχνευση ελαττωμάτων ρουλεμάν σε πρώιμο στάδιο, ζημιών στα δόντια των γραναζιών και φαινομένων που σχετίζονται με κρούσεις. Η παράμετρος επιτάχυνσης αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία κατά την παρακολούθηση βοηθητικών μηχανημάτων υψηλής ταχύτητας και την ανίχνευση φορτίων τύπου κρούσης.

Χαρακτηριστικά Περιόδου και Συχνότητας

Η περίοδος (T) αντιπροσωπεύει τον χρόνο που απαιτείται για έναν πλήρη κύκλο ταλάντωσης, ενώ η συχνότητα (f) υποδεικνύει τον αριθμό των κύκλων που συμβαίνουν ανά μονάδα χρόνου. Αυτές οι παράμετροι θέτουν τη βάση για όλες τις τεχνικές ανάλυσης ταλαντώσεων που χρησιμοποιούνται στη διαγνωστική των ατμομηχανών.

Τα εξαρτήματα σιδηροδρομικών ατμομηχανών λειτουργούν σε ποικίλα εύρη συχνοτήτων. Οι συχνότητες περιστροφής των τροχών κυμαίνονται συνήθως από 5-50 Hz κατά την κανονική λειτουργία, ενώ οι συχνότητες εμπλοκής των γραναζιών εκτείνονται από 200-2000 Hz ανάλογα με τις σχέσεις μετάδοσης και τις ταχύτητες περιστροφής. Οι συχνότητες ελαττωμάτων ρουλεμάν συχνά εμφανίζονται στην περιοχή των 500-5000 Hz, απαιτώντας εξειδικευμένες τεχνικές μέτρησης και μεθόδους ανάλυσης.

Απόλυτες και σχετικές μετρήσεις κραδασμών

Οι απόλυτες μετρήσεις κραδασμών αναφέρονται στο πλάτος της δόνησης σε ένα σταθερό σύστημα συντεταγμένων, συνήθως επίγειο ή αδρανειακό σύστημα αναφοράς. Τα σεισμικά επιταχυνσιόμετρα και οι μετατροπείς ταχύτητας παρέχουν απόλυτες μετρήσεις χρησιμοποιώντας εσωτερικές αδρανειακές μάζες που παραμένουν ακίνητες ενώ το περίβλημα του αισθητήρα κινείται με το παρακολουθούμενο στοιχείο.

Οι μετρήσεις σχετικών κραδασμών συγκρίνουν τη δόνηση ενός εξαρτήματος με ένα άλλο κινούμενο εξάρτημα. Αισθητήρες εγγύτητας που είναι τοποθετημένοι σε περιβλήματα ρουλεμάν μετρούν τη δόνηση του άξονα σε σχέση με το ρουλεμάν, παρέχοντας κρίσιμες πληροφορίες σχετικά με τη δυναμική του ρότορα, τη θερμική ανάπτυξη και τις αλλαγές στο διάκενο των ρουλεμάν.

Σε εφαρμογές ατμομηχανών, οι μηχανικοί συνήθως χρησιμοποιούν απόλυτες μετρήσεις για τις περισσότερες διαγνωστικές διαδικασίες, επειδή παρέχουν ολοκληρωμένες πληροφορίες σχετικά με την κίνηση των εξαρτημάτων και μπορούν να ανιχνεύσουν τόσο μηχανικά όσο και δομικά προβλήματα. Οι σχετικές μετρήσεις καθίστανται απαραίτητες κατά την ανάλυση μεγάλων περιστρεφόμενων μηχανών όπου η κίνηση του άξονα σε σχέση με τα ρουλεμάν υποδηλώνει προβλήματα εσωτερικού διάκενου ή αστάθεια του ρότορα.

Γραμμικές και λογαριθμικές μονάδες μέτρησης

Οι γραμμικές μονάδες μέτρησης εκφράζουν τα πλάτη των κραδασμών σε άμεσες φυσικές ποσότητες, όπως χιλιοστά (mm) για τη μετατόπιση, χιλιοστά ανά δευτερόλεπτο (mm/s) για την ταχύτητα και μέτρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο (m/s²) για την επιτάχυνση. Αυτές οι μονάδες διευκολύνουν την άμεση συσχέτιση με τα φυσικά φαινόμενα και παρέχουν διαισθητική κατανόηση της σοβαρότητας των κραδασμών.

Οι λογαριθμικές μονάδες, ιδιαίτερα τα ντεσιμπέλ (dB), συμπιέζουν ευρέα δυναμικά εύρη σε διαχειρίσιμες κλίμακες. Η κλίμακα ντεσιμπέλ αποδεικνύεται ιδιαίτερα πολύτιμη κατά την ανάλυση φασμάτων ταλάντωσης ευρείας ζώνης όπου οι διακυμάνσεις πλάτους εκτείνονται σε αρκετές τάξεις μεγέθους. Πολλοί σύγχρονοι αναλυτές ταλάντωσης προσφέρουν επιλογές γραμμικής και λογαριθμικής απεικόνισης για να καλύψουν διαφορετικές απαιτήσεις ανάλυσης.

Διεθνή Πρότυπα και Κανονιστικό Πλαίσιο

Ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) θεσπίζει παγκοσμίως αναγνωρισμένα πρότυπα για τη μέτρηση και ανάλυση κραδασμών. Η σειρά ISO 10816 ορίζει κριτήρια σοβαρότητας κραδασμών για διάφορες κατηγορίες μηχανημάτων, ενώ το ISO 13373 ασχολείται με τις διαδικασίες παρακολούθησης κατάστασης και διάγνωσης.

Για σιδηροδρομικές εφαρμογές, οι μηχανικοί πρέπει να λάβουν υπόψη συγκεκριμένα πρότυπα που αντιμετωπίζουν μοναδικά λειτουργικά περιβάλλοντα. Το πρότυπο ISO 14837-1 παρέχει κατευθυντήριες γραμμές για τους κραδασμούς εδάφους για σιδηροδρομικά συστήματα, ενώ το πρότυπο EN 15313 καθορίζει τις προδιαγραφές σιδηροδρομικών εφαρμογών για τον σχεδιασμό τροχών και πλαισίων φορείων λαμβάνοντας υπόψη τους κραδασμούς.

Τα ρωσικά πρότυπα GOST συμπληρώνουν τις διεθνείς απαιτήσεις με ειδικές διατάξεις ανά περιοχή. Το GOST 25275 ορίζει τις διαδικασίες μέτρησης κραδασμών για περιστρεφόμενα μηχανήματα, ενώ το GOST R 52161 καλύπτει τις απαιτήσεις δοκιμών κραδασμών για το τροχαίο υλικό των σιδηροδρόμων.

Ταξινομήσεις σημάτων δόνησης

Περιοδική δόνηση επαναλαμβάνει πανομοιότυπα μοτίβα σε τακτά χρονικά διαστήματα. Τα περιστρεφόμενα μηχανήματα παράγουν κυρίως περιοδικές υπογραφές κραδασμών που σχετίζονται με τις ταχύτητες περιστροφής, τις συχνότητες εμπλοκής των γραναζιών και τις διελεύσεις των στοιχείων ρουλεμάν. Αυτά τα προβλέψιμα μοτίβα επιτρέπουν την ακριβή αναγνώριση σφαλμάτων και την αξιολόγηση της σοβαρότητάς τους.

Τυχαία δόνηση παρουσιάζει στατιστικά και όχι ντετερμινιστικά χαρακτηριστικά. Οι κραδασμοί που προκαλούνται από την τριβή, ο θόρυβος στροβιλώδους ροής και η αλληλεπίδραση δρόμου/σιδηροδρόμου δημιουργούν τυχαίες συνιστώσες κραδασμών που απαιτούν τεχνικές στατιστικής ανάλυσης για σωστή ερμηνεία.

Παροδική δόνηση εμφανίζεται ως μεμονωμένα συμβάντα με πεπερασμένη διάρκεια. Τα φορτία πρόσκρουσης, η εμπλοκή των δοντιών του γραναζιού και τα χτυπήματα των στοιχείων των ρουλεμάν παράγουν παροδικές υπογραφές δόνησης που απαιτούν εξειδικευμένες τεχνικές ανάλυσης, όπως ο χρονικά σύγχρονος υπολογισμός μέσου όρου και η ανάλυση περιβάλλουσας.

Περιγραφείς πλάτους δόνησης

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν διάφορους περιγραφείς πλάτους για να χαρακτηρίσουν αποτελεσματικά τα σήματα δόνησης. Κάθε περιγραφέας παρέχει μοναδικές πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά των δονήσεων και τα πρότυπα ανάπτυξης ρηγμάτων.

Πλάτος κορυφής αντιπροσωπεύει τη μέγιστη στιγμιαία τιμή που εμφανίζεται κατά την περίοδο μέτρησης. Αυτή η παράμετρος προσδιορίζει αποτελεσματικά συμβάντα τύπου κρούσης και φορτία κραδασμών, αλλά ενδέχεται να μην αντιπροσωπεύει με ακρίβεια τα συνεχή επίπεδα κραδασμών.

Πλάτος μέσης τετραγωνικής ρίζας (RMS) παρέχει το ενεργό ενεργειακό περιεχόμενο του σήματος δόνησης. Οι τιμές RMS συσχετίζονται καλά με τους ρυθμούς φθοράς της μηχανής και την απαγωγή ενέργειας, καθιστώντας αυτήν την παράμετρο ιδανική για ανάλυση τάσεων και αξιολόγηση της σοβαρότητας.

Μέσο πλάτος αντιπροσωπεύει τον αριθμητικό μέσο όρο των απόλυτων τιμών πλάτους κατά την περίοδο μέτρησης. Αυτή η παράμετρος προσφέρει καλή συσχέτιση με το φινίρισμα της επιφάνειας και τα χαρακτηριστικά φθοράς, αλλά ενδέχεται να υποεκτιμά τις διαλείπουσες υπογραφές σφαλμάτων.

Πλάτος από κορυφή σε κορυφή μετρά τη συνολική απόκλιση μεταξύ των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών πλάτους. Αυτή η παράμετρος αποδεικνύεται πολύτιμη για την αξιολόγηση προβλημάτων που σχετίζονται με την απόσταση και τον εντοπισμό μηχανικής χαλαρότητας.

Συντελεστής Κορυφής αντιπροσωπεύει την αναλογία του πλάτους κορυφής προς το πλάτος RMS, παρέχοντας πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά του σήματος. Οι χαμηλοί συντελεστές κορυφής (1,4-2,0) υποδεικνύουν κυρίως ημιτονοειδή δόνηση, ενώ οι υψηλοί συντελεστές κορυφής (>4,0) υποδηλώνουν παρορμητική ή κραδασμική συμπεριφορά χαρακτηριστική των αναπτυσσόμενων βλαβών των εδράνων.

Τεχνολογίες Αισθητήρων Δόνησης και Μέθοδοι Εγκατάστασης

Τα επιταχυνσιόμετρα αντιπροσωπεύουν τους πιο ευέλικτους αισθητήρες κραδασμών για εφαρμογές σε ατμομηχανές. Τα πιεζοηλεκτρικά επιταχυνσιόμετρα παράγουν ηλεκτρικό φορτίο ανάλογο με την εφαρμοζόμενη επιτάχυνση, προσφέροντας εξαιρετική απόκριση συχνότητας από 2 Hz έως 10 kHz με ελάχιστη παραμόρφωση φάσης. Αυτοί οι αισθητήρες επιδεικνύουν εξαιρετική ανθεκτικότητα σε αντίξοα σιδηροδρομικά περιβάλλοντα, διατηρώντας παράλληλα υψηλή ευαισθησία και χαρακτηριστικά χαμηλού θορύβου.

Οι μετατροπείς ταχύτητας χρησιμοποιούν τις αρχές της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για να παράγουν σήματα τάσης ανάλογα με την ταχύτητα δόνησης. Αυτοί οι αισθητήρες υπερέχουν σε εφαρμογές χαμηλής συχνότητας (0,5-1000 Hz) και παρέχουν ανώτερη αναλογία σήματος προς θόρυβο για εφαρμογές παρακολούθησης μηχανημάτων. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέγεθος και η ευαισθησία τους στη θερμοκρασία ενδέχεται να περιορίσουν τις επιλογές εγκατάστασης σε συμπαγή εξαρτήματα ατμομηχανών.

Οι αισθητήρες εγγύτητας χρησιμοποιούν τις αρχές των δινορευμάτων για τη μέτρηση της σχετικής μετατόπισης μεταξύ του αισθητήρα και της επιφάνειας-στόχου. Αυτοί οι αισθητήρες αποδεικνύονται ανεκτίμητοι για την παρακολούθηση των κραδασμών του άξονα και την αξιολόγηση του διάκενου των ρουλεμάν, αλλά απαιτούν προσεκτικές διαδικασίες εγκατάστασης και βαθμονόμησης.

Η σωστή εγκατάσταση του αισθητήρα επηρεάζει σημαντικά την ακρίβεια και την αξιοπιστία των μετρήσεων. Οι μηχανικοί πρέπει να διασφαλίζουν άκαμπτη μηχανική σύνδεση μεταξύ του αισθητήρα και του παρακολουθούμενου εξαρτήματος για την αποφυγή φαινομένων συντονισμού και παραμόρφωσης του σήματος. Οι βιδωτοί πείροι παρέχουν βέλτιστη τοποθέτηση για μόνιμες εγκαταστάσεις, ενώ οι μαγνητικές βάσεις προσφέρουν ευκολία για περιοδικές μετρήσεις σε σιδηρομαγνητικές επιφάνειες.

Προέλευση των κραδασμών του περιστρεφόμενου εξοπλισμού

Πηγές μηχανικών κραδασμών προκύπτουν από ανισορροπίες μάζας, κακή ευθυγράμμιση, χαλαρότητα και φθορά. Τα μη ισορροπημένα περιστρεφόμενα εξαρτήματα παράγουν φυγόκεντρες δυνάμεις ανάλογες με το τετράγωνο της ταχύτητας περιστροφής, δημιουργώντας δονήσεις στη συχνότητα περιστροφής και στις αρμονικές της. Η κακή ευθυγράμμιση μεταξύ των συνδεδεμένων αξόνων παράγει ακτινικές και αξονικές δονήσεις εξαρτημάτων σε συχνότητα περιστροφής και διπλάσια από τη συχνότητα περιστροφής.

Πηγές ηλεκτρομαγνητικών κραδασμών προέρχονται από διακυμάνσεις μαγνητικής δύναμης σε ηλεκτροκινητήρες. Η εκκεντρότητα του διακένου αέρα, τα ελαττώματα της ράβδου του ρότορα και τα σφάλματα της περιέλιξης του στάτη δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που διαμορφώνονται στη συχνότητα γραμμής και στις αρμονικές της. Αυτές οι δυνάμεις αλληλεπιδρούν με μηχανικούς συντονισμούς για να παράγουν σύνθετες υπογραφές δόνησης που απαιτούν εξελιγμένες τεχνικές ανάλυσης.

Αεροδυναμικές και υδροδυναμικές πηγές κραδασμών προκύπτουν από τις αλληλεπιδράσεις της ροής του ρευστού με τα περιστρεφόμενα εξαρτήματα. Η διέλευση των πτερυγίων του ανεμιστήρα, οι αλληλεπιδράσεις των πτερυγίων της αντλίας και ο διαχωρισμός της τυρβώδους ροής δημιουργούν δονήσεις στις συχνότητες διέλευσης πτερυγίων/πτερυγίων και στις αρμονικές τους. Αυτές οι πηγές γίνονται ιδιαίτερα σημαντικές σε βοηθητικά μηχανήματα που λειτουργούν σε υψηλές ταχύτητες με σημαντικές απαιτήσεις χειρισμού ρευστών.

2.3.1.2. Συστήματα ατμομηχανών: WMB, WGB, AM και τα συστατικά τους ως συστήματα ταλάντωσης

Ταξινόμηση Περιστρεφόμενου Εξοπλισμού σε Εφαρμογές Ατμομηχανών

Ο εξοπλισμός περιστροφής ατμομηχανών περιλαμβάνει τρεις κύριες κατηγορίες, καθεμία από τις οποίες παρουσιάζει μοναδικά χαρακτηριστικά δόνησης και διαγνωστικές προκλήσεις. Τα μπλοκ τροχών-κινητήρων (WMB) ενσωματώνουν κινητήρες έλξης απευθείας με κινητήριους τροχούς, δημιουργώντας πολύπλοκα δυναμικά συστήματα που υπόκεινται σε ηλεκτρικές και μηχανικές δυνάμεις διέγερσης. Τα μπλοκ τροχών-οδοντωτών τροχών (WGB) χρησιμοποιούν ενδιάμεσα συστήματα μείωσης ταχυτήτων μεταξύ κινητήρων και τροχών, εισάγοντας πρόσθετες πηγές δόνησης μέσω αλληλεπιδράσεων πλέγματος γραναζιών. Οι βοηθητικές μηχανές (AM) περιλαμβάνουν ανεμιστήρες ψύξης, αεροσυμπιεστές, υδραυλικές αντλίες και άλλο εξοπλισμό υποστήριξης που λειτουργεί ανεξάρτητα από τα πρωτεύοντα συστήματα έλξης.

Αυτά τα μηχανικά συστήματα παρουσιάζουν ταλαντωτική συμπεριφορά που διέπεται από θεμελιώδεις αρχές της δυναμικής και της θεωρίας των κραδασμών. Κάθε εξάρτημα διαθέτει φυσικές συχνότητες που καθορίζονται από την κατανομή μάζας, τα χαρακτηριστικά ακαμψίας και τις οριακές συνθήκες. Η κατανόηση αυτών των φυσικών συχνοτήτων καθίσταται κρίσιμη για την αποφυγή συνθηκών συντονισμού που μπορούν να οδηγήσουν σε υπερβολικά πλάτη κραδασμών και επιταχυνόμενη φθορά των εξαρτημάτων.

Ταξινομήσεις Συστημάτων Ταλάντωσης

Ελεύθερες ταλαντώσεις συμβαίνουν όταν τα συστήματα δονούνται σε φυσικές συχνότητες μετά από αρχική διαταραχή χωρίς συνεχή εξωτερική καταπόνηση. Σε εφαρμογές ατμομηχανών, οι ελεύθερες ταλαντώσεις εμφανίζονται κατά τη διάρκεια των μεταβατικών φαινομένων εκκίνησης και τερματισμού λειτουργίας, όταν οι ταχύτητες περιστροφής διέρχονται από τις φυσικές συχνότητες. Αυτές οι μεταβατικές συνθήκες παρέχουν πολύτιμες διαγνωστικές πληροφορίες σχετικά με την ακαμψία και τα χαρακτηριστικά απόσβεσης του συστήματος.

Αναγκαστικές ταλαντώσεις προκύπτουν από συνεχείς περιοδικές δυνάμεις διέγερσης που ασκούνται σε μηχανικά συστήματα. Οι περιστροφικές ανισορροπίες, οι δυνάμεις του πλέγματος των γραναζιών και η ηλεκτρομαγνητική διέγερση δημιουργούν εξαναγκασμένες δονήσεις σε συγκεκριμένες συχνότητες που σχετίζονται με τις ταχύτητες περιστροφής και τη γεωμετρία του συστήματος. Τα πλάτη των εξαναγκασμένων δονήσεων εξαρτώνται από τη σχέση μεταξύ της συχνότητας διέγερσης και των φυσικών συχνοτήτων του συστήματος.

Παραμετρικές ταλαντώσεις προκύπτουν όταν οι παράμετροι του συστήματος μεταβάλλονται περιοδικά με την πάροδο του χρόνου. Η χρονικά μεταβαλλόμενη ακαμψία στην επαφή του πλέγματος των γραναζιών, οι μεταβολές του διακένου των ρουλεμάν και οι διακυμάνσεις της μαγνητικής ροής δημιουργούν παραμετρική διέγερση που μπορεί να οδηγήσει σε ασταθή αύξηση των κραδασμών ακόμη και χωρίς άμεση εξαναγκαστική άσκηση πίεσης.

Αυτοδιεγερμένες ταλαντώσεις (Αυτοταλαντώσεις) αναπτύσσονται όταν οι μηχανισμοί απαγωγής ενέργειας του συστήματος γίνονται αρνητικοί, οδηγώντας σε συνεχή αύξηση των κραδασμών χωρίς εξωτερική περιοδική πίεση. Η συμπεριφορά ολίσθησης που προκαλείται από την τριβή, το αεροδυναμικό πτερύγιο και ορισμένες ηλεκτρομαγνητικές αστάθειες μπορούν να δημιουργήσουν αυτοδιεγερμένες δονήσεις που απαιτούν ενεργό έλεγχο ή τροποποιήσεις σχεδιασμού για μετριασμό.

Προσδιορισμός Φυσικής Συχνότητας και Φαινόμενα Συντονισμού

Οι φυσικές συχνότητες αντιπροσωπεύουν τα εγγενή χαρακτηριστικά ταλάντωσης των μηχανικών συστημάτων ανεξάρτητα από την εξωτερική διέγερση. Αυτές οι συχνότητες εξαρτώνται αποκλειστικά από την κατανομή μάζας του συστήματος και τις ιδιότητες ακαμψίας. Για απλά συστήματα ενός βαθμού ελευθερίας, ο υπολογισμός της φυσικής συχνότητας ακολουθεί καθιερωμένους τύπους που συσχετίζουν τις παραμέτρους μάζας και ακαμψίας.

Τα σύνθετα εξαρτήματα της ατμομηχανής εμφανίζουν πολλαπλές φυσικές συχνότητες που αντιστοιχούν σε διαφορετικούς τρόπους δόνησης. Οι τρόποι κάμψης, οι τρόποι στρέψης και οι συζευγμένοι τρόποι διαθέτουν ο καθένας ξεχωριστά χαρακτηριστικά συχνότητας και χωρικά μοτίβα. Οι τεχνικές ανάλυσης τρόπων λειτουργίας βοηθούν τους μηχανικούς να προσδιορίσουν αυτές τις συχνότητες και τα σχετικά σχήματα τρόπων λειτουργίας για αποτελεσματικό έλεγχο των κραδασμών.

Ο συντονισμός εμφανίζεται όταν οι συχνότητες διέγερσης συμπίπτουν με τις φυσικές συχνότητες, με αποτέλεσμα δραματικά ενισχυμένες αποκρίσεις δόνησης. Ο συντελεστής ενίσχυσης εξαρτάται από την απόσβεση του συστήματος, με τα συστήματα με ελαφριά απόσβεση να εμφανίζουν πολύ υψηλότερες κορυφές συντονισμού από τα συστήματα με μεγάλη απόσβεση. Οι μηχανικοί πρέπει να διασφαλίζουν ότι οι ταχύτητες λειτουργίας αποφεύγουν τις κρίσιμες συνθήκες συντονισμού ή να παρέχουν επαρκή απόσβεση για τον περιορισμό των πλατών των δονήσεων.

Μηχανισμοί απόσβεσης και οι επιπτώσεις τους

Η απόσβεση αντιπροσωπεύει μηχανισμούς απαγωγής ενέργειας που περιορίζουν την αύξηση του πλάτους των κραδασμών και παρέχουν σταθερότητα του συστήματος. Διάφορες πηγές απόσβεσης συμβάλλουν στη συνολική συμπεριφορά του συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της εσωτερικής απόσβεσης του υλικού, της απόσβεσης τριβής και της απόσβεσης υγρών από λιπαντικά και τον περιβάλλοντα αέρα.

Η απόσβεση υλικών προκύπτει από την εσωτερική τριβή εντός των υλικών των εξαρτημάτων κατά τη διάρκεια της κυκλικής φόρτισης υπό τάση. Αυτός ο μηχανισμός απόσβεσης αποδεικνύεται ιδιαίτερα σημαντικός σε εξαρτήματα από χυτοσίδηρο, σε στοιχεία στήριξης από καουτσούκ και σε σύνθετα υλικά που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη κατασκευή ατμομηχανών.

Η απόσβεση τριβής εμφανίζεται σε επιφάνειες διεπιφάνειας μεταξύ εξαρτημάτων, συμπεριλαμβανομένων των επιφανειών εδράνων, των βιδωτών συνδέσεων και των συγκροτημάτων συρρίκνωσης. Ενώ η απόσβεση τριβής μπορεί να παρέχει ευεργετικό έλεγχο των κραδασμών, μπορεί επίσης να εισαγάγει μη γραμμικά φαινόμενα και απρόβλεπτη συμπεριφορά υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου.

Η απόσβεση ρευστών προκύπτει από ιξώδεις δυνάμεις σε λιπαντικές μεμβράνες, υδραυλικά συστήματα και αεροδυναμικές αλληλεπιδράσεις. Η απόσβεση φιλμ λαδιού σε ρουλεμάν στροφέα παρέχει κρίσιμη σταθερότητα για μηχανήματα που περιστρέφονται υψηλής ταχύτητας, ενώ οι ιξώδεις αποσβεστήρες μπορούν να ενσωματωθούν σκόπιμα για τον έλεγχο των κραδασμών.

Ταξινομήσεις Δύναμης Διέγερσης

Φυγόκεντρες δυνάμεις αναπτύσσονται από ανισορροπίες μάζας σε περιστρεφόμενα εξαρτήματα, δημιουργώντας δυνάμεις ανάλογες με το τετράγωνο της ταχύτητας περιστροφής. Αυτές οι δυνάμεις δρουν ακτινικά προς τα έξω και περιστρέφονται μαζί με το εξάρτημα, δημιουργώντας δονήσεις στη συχνότητα περιστροφής. Το μέγεθος της φυγοκεντρικής δύναμης αυξάνεται ραγδαία με την ταχύτητα, καθιστώντας την ακριβή εξισορρόπηση κρίσιμη για λειτουργία σε υψηλές ταχύτητες.

Κινηματικές δυνάμεις προκύπτουν από γεωμετρικούς περιορισμούς που επιβάλλουν μη ομοιόμορφη κίνηση στα εξαρτήματα του συστήματος. Οι παλινδρομικοί μηχανισμοί, οι ολισθητήρες έκκεντρου και τα συστήματα γραναζιών με σφάλματα προφίλ δημιουργούν κινηματικές δυνάμεις διέγερσης. Αυτές οι δυνάμεις συνήθως εμφανίζουν πολύπλοκο περιεχόμενο συχνότητας που σχετίζεται με τη γεωμετρία του συστήματος και τις ταχύτητες περιστροφής.

Δυνάμεις πρόσκρουσης προκύπτουν από αιφνίδιες εφαρμογές φορτίου ή συμβάντα σύγκρουσης μεταξύ εξαρτημάτων. Η εμπλοκή των δοντιών του γραναζιού, τα ελαττώματα κύλισης του στοιχείου ρουλεμάν πάνω από την επιφάνεια και οι αλληλεπιδράσεις τροχού-σιδηροτροχιάς δημιουργούν δυνάμεις κρούσης που χαρακτηρίζονται από ευρύ περιεχόμενο συχνότητας και υψηλούς συντελεστές κορυφής. Οι δυνάμεις κρούσης απαιτούν εξειδικευμένες τεχνικές ανάλυσης για τον σωστό χαρακτηρισμό.

Δυνάμεις τριβής αναπτύσσονται από την ολίσθηση μεταξύ επιφανειών με σχετική κίνηση. Οι εφαρμογές πέδησης, η ολίσθηση των ρουλεμάν και η ερπυσμός τροχού-σιδηροτροχιάς δημιουργούν δυνάμεις τριβής που μπορεί να εμφανίσουν συμπεριφορά ολίσθησης που οδηγεί σε αυτοδιεγερμένες δονήσεις. Τα χαρακτηριστικά της δύναμης τριβής εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες της επιφάνειας, τη λίπανση και την κανονική φόρτιση.

Ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις προέρχονται από αλληλεπιδράσεις μαγνητικού πεδίου σε ηλεκτρικούς κινητήρες και γεννήτριες. Οι ακτινικές ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις προκύπτουν από τις διακυμάνσεις του διακένου αέρα, τη γεωμετρία των πόλων και τις ασυμμετρίες κατανομής ρεύματος. Αυτές οι δυνάμεις δημιουργούν δονήσεις στη συχνότητα γραμμής, στη συχνότητα διέλευσης σχισμών και στους συνδυασμούς τους.

Ιδιότητες Συστήματος που Εξαρτώνται από τη Συχνότητα

Τα μηχανικά συστήματα παρουσιάζουν δυναμικά χαρακτηριστικά που εξαρτώνται από τη συχνότητα και επηρεάζουν σημαντικά τη μετάδοση και την ενίσχυση των κραδασμών. Η ακαμψία, η απόσβεση και οι αδρανειακές ιδιότητες του συστήματος συνδυάζονται για να δημιουργήσουν σύνθετες συναρτήσεις απόκρισης συχνότητας που περιγράφουν το πλάτος των κραδασμών και τις σχέσεις φάσης μεταξύ της διέγερσης εισόδου και της απόκρισης του συστήματος.

Σε συχνότητες πολύ κάτω από την πρώτη ιδιοσυχνότητα, τα συστήματα συμπεριφέρονται σχεδόν στατικά με πλάτη ταλάντωσης ανάλογα με τα πλάτη της δύναμης διέγερσης. Η δυναμική ενίσχυση παραμένει ελάχιστη και οι σχέσεις φάσης παραμένουν σχεδόν μηδενικές.

Κοντά στις φυσικές συχνότητες, η δυναμική ενίσχυση μπορεί να φτάσει σε τιμές 10-100 φορές τη στατική παραμόρφωση, ανάλογα με τα επίπεδα απόσβεσης. Οι σχέσεις φάσης μετατοπίζονται γρήγορα κατά 90 μοίρες σε συντονισμό, παρέχοντας σαφή αναγνώριση των θέσεων φυσικών συχνοτήτων.

Σε συχνότητες πολύ πάνω από τις φυσικές συχνότητες, τα αδρανειακά φαινόμενα κυριαρχούν στη συμπεριφορά του συστήματος, προκαλώντας μείωση του εύρους των κραδασμών με την αυξανόμενη συχνότητα. Η εξασθένηση των κραδασμών υψηλής συχνότητας παρέχει φυσικό φιλτράρισμα που βοηθά στην απομόνωση των ευαίσθητων στοιχείων από τις διαταραχές υψηλής συχνότητας.

Συστήματα Ομαδοποιημένων Παραμέτρων έναντι Κατανεμημένων Συστημάτων Παραμέτρων

Τα μπλοκ τροχών-κινητήρα μπορούν να μοντελοποιηθούν ως συστήματα συγκεντρωμένων παραμέτρων κατά την ανάλυση τρόπων ταλάντωσης χαμηλής συχνότητας όπου οι διαστάσεις των συστατικών παραμένουν μικρές σε σύγκριση με τα μήκη κύματος ταλάντωσης. Αυτή η προσέγγιση απλοποιεί την ανάλυση αναπαραστώντας τις ιδιότητες κατανεμημένης μάζας και ακαμψίας ως διακριτά στοιχεία που συνδέονται με ελατήρια χωρίς μάζα και άκαμπτους συνδέσμους.

Τα μοντέλα συγκεντρωτικών παραμέτρων αποδεικνύονται αποτελεσματικά για την ανάλυση της ανισορροπίας του ρότορα, των επιδράσεων της ακαμψίας της στήριξης των ρουλεμάν και της δυναμικής σύζευξης χαμηλής συχνότητας μεταξύ του κινητήρα και των εξαρτημάτων του τροχού. Αυτά τα μοντέλα διευκολύνουν την ταχεία ανάλυση και παρέχουν σαφή φυσική εικόνα της συμπεριφοράς του συστήματος.

Τα κατανεμημένα μοντέλα παραμέτρων καθίστανται απαραίτητα κατά την ανάλυση τρόπων δόνησης υψηλής συχνότητας όπου οι διαστάσεις των εξαρτημάτων πλησιάζουν τα μήκη κύματος δόνησης. Οι τρόποι κάμψης του άξονα, η ευκαμψία των δοντιών του γραναζιού και οι ακουστικοί συντονισμοί απαιτούν κατανεμημένη επεξεργασία παραμέτρων για ακριβή πρόβλεψη.

Τα κατανεμημένα μοντέλα παραμέτρων λαμβάνουν υπόψη τα φαινόμενα διάδοσης κυμάτων, τα τοπικά σχήματα τρόπου λειτουργίας και τη συμπεριφορά που εξαρτάται από τη συχνότητα, τα οποία τα μοντέλα συγκεντρωτικών παραμέτρων δεν μπορούν να καταγράψουν. Αυτά τα μοντέλα συνήθως απαιτούν τεχνικές αριθμητικής επίλυσης, αλλά παρέχουν πιο ολοκληρωμένο χαρακτηρισμό συστήματος.

2.3.1.3. Ιδιότητες και Χαρακτηριστικά Δονήσεων Χαμηλής Συχνότητας, Μεσαίας Συχνότητας, Υψηλής Συχνότητας και Υπερηχητικών Δονήσεων σε WMB, WGB και AM

Ταξινομήσεις Ζωνών Συχνοτήτων και η Σημασία τους

Η ανάλυση συχνότητας δόνησης απαιτεί συστηματική ταξινόμηση των ζωνών συχνοτήτων για τη βελτιστοποίηση των διαγνωστικών διαδικασιών και της επιλογής εξοπλισμού. Κάθε ζώνη συχνοτήτων παρέχει μοναδικές πληροφορίες σχετικά με συγκεκριμένα μηχανικά φαινόμενα και στάδια ανάπτυξης σφαλμάτων.

Δόνηση χαμηλής συχνότητας (1-200 Hz) προέρχεται κυρίως από ανισορροπίες περιστρεφόμενων μηχανημάτων, κακή ευθυγράμμιση και δομικούς συντονισμούς. Αυτή η περιοχή συχνοτήτων καταγράφει τις θεμελιώδεις συχνότητες περιστροφής και τις αρμονικές χαμηλής τάξης, παρέχοντας ουσιαστικές πληροφορίες σχετικά με τη μηχανική κατάσταση και τη λειτουργική σταθερότητα.

Δόνηση μέσης συχνότητας (200-2000 Hz) Περιλαμβάνει συχνότητες πλέγματος γραναζιών, αρμονικές ηλεκτρομαγνητικής διέγερσης και μηχανικούς συντονισμούς κύριων δομικών στοιχείων. Αυτή η περιοχή συχνοτήτων αποδεικνύεται κρίσιμη για τη διάγνωση φθοράς των δοντιών των γραναζιών, ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων κινητήρα και φθοράς του συνδέσμου.

Δόνηση υψηλής συχνότητας (2000-20000 Hz) Αποκαλύπτει υπογραφές ελαττωμάτων ρουλεμάν, δυνάμεις πρόσκρουσης δοντιών γραναζιών και ηλεκτρομαγνητικές αρμονικές υψηλής τάξης. Αυτή η περιοχή συχνοτήτων παρέχει έγκαιρη προειδοποίηση για την ανάπτυξη βλαβών πριν εκδηλωθούν σε ζώνες χαμηλότερων συχνοτήτων.

Υπερηχητική δόνηση (20000+ Hz) καταγράφει τα αρχικά ελαττώματα των ρουλεμάν, τη φθορά της λιπαντικής μεμβράνης και τα φαινόμενα που σχετίζονται με την τριβή. Οι υπερηχητικές μετρήσεις απαιτούν εξειδικευμένους αισθητήρες και τεχνικές ανάλυσης, αλλά παρέχουν τις δυνατότητες ανίχνευσης σφαλμάτων όσο το δυνατόν νωρίτερα.

Ανάλυση κραδασμών χαμηλής συχνότητας

Η ανάλυση κραδασμών χαμηλής συχνότητας εστιάζει στις θεμελιώδεις περιστροφικές συχνότητες και τις αρμονικές τους έως περίπου 10ης τάξης. Αυτή η ανάλυση αποκαλύπτει πρωτογενείς μηχανικές συνθήκες, όπως η ανισορροπία μάζας, η κακή ευθυγράμμιση του άξονα, η μηχανική χαλαρότητα και τα προβλήματα διάκενου των ρουλεμάν.

Η δόνηση συχνότητας περιστροφής (1×) υποδεικνύει συνθήκες ανισορροπίας μάζας που δημιουργούν φυγόκεντρες δυνάμεις που περιστρέφονται με τον άξονα. Η καθαρή ανισορροπία παράγει δόνηση κυρίως σε συχνότητα περιστροφής με ελάχιστη αρμονική περιεκτικότητα. Το πλάτος της δόνησης αυξάνεται αναλογικά με το τετράγωνο της ταχύτητας περιστροφής, παρέχοντας σαφή διαγνωστική ένδειξη.

Η διπλάσια συχνότητα περιστροφής (2×) συνήθως υποδηλώνει κακή ευθυγράμμιση μεταξύ συνδεδεμένων αξόνων ή εξαρτημάτων. Η γωνιακή κακή ευθυγράμμιση δημιουργεί εναλλασσόμενα μοτίβα τάσης που επαναλαμβάνονται δύο φορές ανά περιστροφή, δημιουργώντας χαρακτηριστικές υπογραφές δόνησης 2×. Η παράλληλη κακή ευθυγράμμιση μπορεί επίσης να συμβάλει σε δόνηση 2× μέσω της μεταβαλλόμενης κατανομής φορτίου.

Το πολλαπλό αρμονικό περιεχόμενο (3×, 4×, 5×, κ.λπ.) υποδηλώνει μηχανική χαλαρότητα, φθαρμένους συνδέσμους ή δομικά προβλήματα. Η χαλαρότητα επιτρέπει τη μη γραμμική μετάδοση δύναμης που παράγει πλούσιο αρμονικό περιεχόμενο που εκτείνεται πολύ πέρα από τις θεμελιώδεις συχνότητες. Το αρμονικό μοτίβο παρέχει διαγνωστικές πληροφορίες σχετικά με τη θέση και τη σοβαρότητα της χαλαρότητας.

Χαρακτηριστικά δόνησης μέσης συχνότητας

Η ανάλυση μέσης συχνότητας επικεντρώνεται στις συχνότητες των πλεγμάτων των γραναζιών και στα πρότυπα διαμόρφωσής τους. Η συχνότητα πλεγμάτων των γραναζιών ισούται με το γινόμενο της συχνότητας περιστροφής επί τον αριθμό των δοντιών, δημιουργώντας προβλέψιμες φασματικές γραμμές που αποκαλύπτουν την κατάσταση των γραναζιών και την κατανομή φορτίου.

Τα υγιή γρανάζια παράγουν έντονους κραδασμούς στη συχνότητα εμπλοκής των γραναζιών με ελάχιστες πλευρικές ζώνες. Η φθορά των δοντιών, το ράγισμα των δοντιών ή η ανομοιόμορφη φόρτιση δημιουργούν διαμόρφωση πλάτους της συχνότητας πλέγματος, δημιουργώντας πλευρικές ζώνες κατανεμημένες στις συχνότητες περιστροφής των εμπλεκόμενων γραναζιών.

Οι ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις στους κινητήρες έλξης εκδηλώνονται κυρίως στην περιοχή μεσαίων συχνοτήτων. Οι αρμονικές συχνότητας γραμμής, οι συχνότητες διέλευσης σχισμών και οι συχνότητες διέλευσης πόλων δημιουργούν χαρακτηριστικά φασματικά μοτίβα που αποκαλύπτουν την κατάσταση του κινητήρα και τα χαρακτηριστικά φόρτισης.

Η συχνότητα διέλευσης της σχισμής ισούται με το γινόμενο της συχνότητας περιστροφής και του αριθμού των σχισμών του ρότορα, δημιουργώντας δονήσεις μέσω διακυμάνσεων της μαγνητικής διαπερατότητας καθώς οι σχισμές του ρότορα διέρχονται από τους πόλους του στάτορα. Σπασμένες ράβδοι ρότορα ή ελαττώματα ακραίων δακτυλίων ρυθμίζουν τη συχνότητα διέλευσης της σχισμής, δημιουργώντας διαγνωστικές πλευρικές ζώνες.

Ανάλυση Υψηλής Συχνότητας Δονήσεων

Η ανάλυση κραδασμών υψηλής συχνότητας στοχεύει στις συχνότητες ελαττωμάτων των ρουλεμάν και στις αρμονικές πλέγματος γραναζιών υψηλής τάξης. Τα ρουλεμάν κύλισης παράγουν χαρακτηριστικές συχνότητες με βάση τη γεωμετρία και την ταχύτητα περιστροφής, παρέχοντας ακριβείς διαγνωστικές δυνατότητες για την αξιολόγηση της κατάστασης των ρουλεμάν.

Η συχνότητα διέλευσης μπάλας (BPFO) εμφανίζεται όταν τα κυλινδρικά στοιχεία διέρχονται από ένα σταθερό ελάττωμα εξωτερικού δακτυλίου. Αυτή η συχνότητα εξαρτάται από τη γεωμετρία του ρουλεμάν και συνήθως κυμαίνεται από 3-8 φορές τη συχνότητα περιστροφής για τα συνηθισμένα σχέδια ρουλεμάν.

Ο εσωτερικός δακτύλιος συχνότητας διέλευσης μπάλας (BPFI) προκύπτει από ελαττώματα εσωτερικού δακτυλίου που αντιμετωπίζουν τα κυλινδρικά στοιχεία. Δεδομένου ότι ο εσωτερικός δακτύλιος περιστρέφεται με τον άξονα, ο BPFI συνήθως υπερβαίνει τον BPFO και μπορεί να εμφανίσει διαμόρφωση συχνότητας περιστροφής λόγω των επιδράσεων της ζώνης φορτίου.

Η θεμελιώδης συχνότητα συρμού (FTF) αντιπροσωπεύει τη συχνότητα περιστροφής του κλωβού και συνήθως ισούται με 0,4-0,45 φορές τη συχνότητα περιστροφής του άξονα. Ελαττώματα του κλωβού ή προβλήματα λίπανσης ενδέχεται να προκαλέσουν κραδασμούς στο FTF και στις αρμονικές του.

Η συχνότητα περιστροφής της μπάλας (BSF) υποδεικνύει την περιστροφή κάθε κυλιόμενου στοιχείου γύρω από τον άξονά του. Αυτή η συχνότητα σπάνια εμφανίζεται στα φάσματα ταλάντωσης, εκτός εάν τα κυλιόμενα στοιχεία παρουσιάζουν επιφανειακά ελαττώματα ή διαστατικές ανωμαλίες.

Εφαρμογές Υπερηχητικών Δονήσεων

Οι μετρήσεις υπερηχητικών κραδασμών ανιχνεύουν αρχικά ελαττώματα στα ρουλεμάν εβδομάδες ή μήνες πριν αυτά γίνουν εμφανή στην συμβατική ανάλυση κραδασμών. Η επαφή με την τραχύτητα της επιφάνειας, οι μικρορωγμές και η διάσπαση της λιπαντικής μεμβράνης δημιουργούν υπερηχητικές εκπομπές που προηγούνται των μετρήσιμων αλλαγών στις συχνότητες ελαττωμάτων στα ρουλεμάν.

Οι τεχνικές ανάλυσης περιβλήματος εξάγουν πληροφορίες διαμόρφωσης πλάτους από υπερηχητικές συχνότητες φορέα, αποκαλύπτοντας μοτίβα διαμόρφωσης χαμηλής συχνότητας που αντιστοιχούν σε συχνότητες ελαττωμάτων ρουλεμάν. Αυτή η προσέγγιση συνδυάζει την ευαισθησία υψηλής συχνότητας με διαγνωστικές πληροφορίες χαμηλής συχνότητας.

Οι υπερηχητικές μετρήσεις απαιτούν προσεκτική επιλογή και τοποθέτηση αισθητήρων για την αποφυγή μόλυνσης του σήματος από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και μηχανικό θόρυβο. Τα επιταχυνσιόμετρα με απόκριση συχνότητας που εκτείνεται πάνω από 50 kHz και η κατάλληλη επεξεργασία σήματος παρέχουν αξιόπιστες υπερηχητικές μετρήσεις.

Μηχανικές έναντι ηλεκτρομαγνητικών αιτιών ταλάντωσης

Οι μηχανικές πηγές κραδασμών δημιουργούν ευρυζωνική διέγερση με περιεχόμενο συχνότητας που σχετίζεται με τη γεωμετρία και την κινηματική των εξαρτημάτων. Οι δυνάμεις κρούσης από ελαττώματα ρουλεμάν, εμπλοκή των δοντιών των γραναζιών και μηχανική χαλαρότητα δημιουργούν παλμικά σήματα με πλούσιο αρμονικό περιεχόμενο που εκτείνεται σε ευρείες περιοχές συχνοτήτων.

Οι ηλεκτρομαγνητικές πηγές δονήσεων παράγουν διακριτές συνιστώσες συχνότητας που σχετίζονται με τη συχνότητα ηλεκτρικής τροφοδοσίας και τις παραμέτρους σχεδιασμού του κινητήρα. Αυτές οι συχνότητες παραμένουν ανεξάρτητες από τις μηχανικές ταχύτητες περιστροφής και διατηρούν σταθερές σχέσεις με τη συχνότητα του συστήματος ισχύος.

Η διάκριση μεταξύ μηχανικών και ηλεκτρομαγνητικών πηγών κραδασμών απαιτεί προσεκτική ανάλυση των σχέσεων συχνότητας και της εξάρτησης από το φορτίο. Οι μηχανικοί κραδασμοί συνήθως ποικίλλουν ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής και το μηχανικό φορτίο, ενώ οι ηλεκτρομαγνητικοί κραδασμοί συσχετίζονται με το ηλεκτρικό φορτίο και την ποιότητα της τάσης τροφοδοσίας.

Χαρακτηριστικά Κρούσης και Κραδασμού

Οι κραδασμοί κρούσης προκύπτουν από αιφνίδιες εφαρμογές δύναμης με πολύ μικρή διάρκεια. Η εμπλοκή των δοντιών του γραναζιού, τα χτυπήματα των στοιχείων ρουλεμάν και η επαφή του τροχού με τη σιδηροτροχιά δημιουργούν δυνάμεις κρούσης που διεγείρουν πολλαπλούς δομικούς συντονισμούς ταυτόχρονα.

Τα συμβάντα πρόσκρουσης παράγουν χαρακτηριστικές υπογραφές στο χρονικό πεδίο με υψηλούς παράγοντες κορυφής και ευρύ περιεχόμενο συχνότητας. Το φάσμα συχνότητας της δόνησης πρόσκρουσης εξαρτάται περισσότερο από τα χαρακτηριστικά απόκρισης της δομής παρά από το ίδιο το συμβάν πρόσκρουσης, απαιτώντας ανάλυση στο χρονικό πεδίο για σωστή ερμηνεία.

Η ανάλυση φάσματος απόκρισης σε κραδασμούς παρέχει ολοκληρωμένο χαρακτηρισμό της δομικής απόκρισης σε φόρτιση κρούσης. Αυτή η ανάλυση αποκαλύπτει ποιες φυσικές συχνότητες διεγείρονται από συμβάντα κρούσης και τη σχετική συμβολή τους στα συνολικά επίπεδα δόνησης.

Τυχαία Δόνηση από Πηγές Τριβής

Η δόνηση που προκαλείται από την τριβή παρουσιάζει τυχαία χαρακτηριστικά λόγω της στοχαστικής φύσης των φαινομένων επαφής με την επιφάνεια. Ο ήχος των φρένων, το κροτάλισμα των ρουλεμάν και η αλληλεπίδραση τροχού-σιδηροτροχιάς δημιουργούν τυχαίους κραδασμούς ευρείας ζώνης που απαιτούν τεχνικές στατιστικής ανάλυσης.

Η συμπεριφορά ολίσθησης σε συστήματα τριβής δημιουργεί αυτοδιεγερμένες δονήσεις με πολύπλοκο περιεχόμενο συχνότητας. Οι διακυμάνσεις της δύναμης τριβής κατά τη διάρκεια των κύκλων ολίσθησης δημιουργούν υποαρμονικές συνιστώσες δόνησης που μπορεί να συμπίπτουν με δομικούς συντονισμούς, οδηγώντας σε ενισχυμένα επίπεδα δόνησης.

Η ανάλυση τυχαίων κραδασμών χρησιμοποιεί συναρτήσεις φασματικής πυκνότητας ισχύος και στατιστικές παραμέτρους όπως επίπεδα RMS και κατανομές πιθανότητας. Αυτές οι τεχνικές παρέχουν ποσοτική αξιολόγηση της σοβαρότητας των τυχαίων κραδασμών και της πιθανής επίδρασής τους στη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων λόγω κόπωσης.

2.3.1.4. Χαρακτηριστικά σχεδιασμού των WMB, WGB, AM και η επίδρασή τους στα χαρακτηριστικά των κραδασμών

Κύριες διαμορφώσεις WMB, WGB και AM

Οι κατασκευαστές ατμομηχανών χρησιμοποιούν διάφορες μηχανικές διατάξεις για τη μετάδοση ισχύος από τους κινητήρες έλξης στους κινητήριους τροχούς. Κάθε διαμόρφωση παρουσιάζει μοναδικά χαρακτηριστικά δόνησης που επηρεάζουν άμεσα τις διαγνωστικές προσεγγίσεις και τις απαιτήσεις συντήρησης.

Οι κινητήρες έλξης με ανάρτηση στη μύτη τοποθετούνται απευθείας στους άξονες των τροχών, δημιουργώντας άκαμπτη μηχανική σύζευξη μεταξύ του κινητήρα και του τροχού. Αυτή η διαμόρφωση ελαχιστοποιεί τις απώλειες μετάδοσης ισχύος, αλλά υποβάλλει τους κινητήρες σε όλους τους κραδασμούς και τις κρούσεις που προκαλούνται από την τροχιά. Η διάταξη άμεσης τοποθέτησης συνδέει τους ηλεκτρομαγνητικούς κραδασμούς του κινητήρα με τους μηχανικούς κραδασμούς του τροχού, δημιουργώντας πολύπλοκα φασματικά μοτίβα που απαιτούν προσεκτική ανάλυση.

Οι κινητήρες έλξης που είναι τοποθετημένοι σε πλαίσιο χρησιμοποιούν εύκαμπτα συστήματα ζεύξης για τη μετάδοση ισχύος σε τροχούς, απομονώνοντας παράλληλα τους κινητήρες από διαταραχές της τροχιάς. Οι αρθρώσεις καθολικής σύνδεσης, οι εύκαμπτοι σύνδεσμοι ή οι σύνδεσμοι τύπου γραναζιού προσαρμόζονται στη σχετική κίνηση μεταξύ του κινητήρα και του τροχού, διατηρώντας παράλληλα την ικανότητα μετάδοσης ισχύος. Αυτή η διάταξη μειώνει την έκθεση σε κραδασμούς του κινητήρα, αλλά εισάγει πρόσθετες πηγές κραδασμών μέσω της δυναμικής της ζεύξης.

Τα συστήματα μετάδοσης κίνησης με γρανάζια χρησιμοποιούν ενδιάμεσο μειωτήρα στροφών μεταξύ του κινητήρα και του συνόλου τροχών για τη βελτιστοποίηση των λειτουργικών χαρακτηριστικών του κινητήρα. Ο μονοβάθμιος ελικοειδής μειωτήρας στροφών παρέχει συμπαγή σχεδιασμό με μέτρια επίπεδα θορύβου, ενώ τα συστήματα μείωσης στροφών δύο σταδίων προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία στην επιλογή σχέσης μετάδοσης, αλλά αυξάνουν την πολυπλοκότητα και τις πιθανές πηγές κραδασμών.

Μηχανικά συστήματα ζεύξης και μετάδοση κραδασμών

Η μηχανική διεπαφή μεταξύ του ρότορα του κινητήρα έλξης και του γραναζιού του γραναζιού επηρεάζει σημαντικά τα χαρακτηριστικά μετάδοσης των κραδασμών. Οι συνδέσεις συρρίκνωσης παρέχουν άκαμπτη σύζευξη με εξαιρετική ομοκεντρικότητα, αλλά ενδέχεται να εισαγάγουν τάσεις συναρμολόγησης που επηρεάζουν την ποιότητα ισορροπίας του ρότορα.

Οι συνδέσεις με κλειδί επιτρέπουν τη θερμική διαστολή και απλοποιούν τις διαδικασίες συναρμολόγησης, αλλά εισάγουν αντίστροφη κίνηση και πιθανή φόρτιση κρούσης κατά τις αντιστροφές ροπής. Η φθορά των κλειδιών δημιουργεί επιπλέον διάκενο που παράγει δυνάμεις κρούσης με διπλάσια συχνότητα περιστροφής κατά τους κύκλους επιτάχυνσης και επιβράδυνσης.

Οι συνδέσεις με αυλακώσεις προσφέρουν ανώτερη ικανότητα μετάδοσης ροπής και προσαρμόζονται στην αξονική μετατόπιση, αλλά απαιτούν ακριβείς κατασκευαστικές ανοχές για την ελαχιστοποίηση της δημιουργίας κραδασμών. Η φθορά των αυλακώσεων δημιουργεί περιφερειακή αντίδραση που παράγει πολύπλοκα μοτίβα κραδασμών ανάλογα με τις συνθήκες φόρτισης.

Τα εύκαμπτα συστήματα ζεύξης απομονώνουν τις στρεπτικές δονήσεις ενώ παράλληλα προσαρμόζονται στην κακή ευθυγράμμιση μεταξύ των συνδεδεμένων αξόνων. Οι ελαστομερείς σύνδεσμοι παρέχουν εξαιρετική απομόνωση των δονήσεων, αλλά παρουσιάζουν χαρακτηριστικά ακαμψίας που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία και επηρεάζουν τις θέσεις φυσικής συχνότητας. Οι σύνδεσμοι τύπου γραναζιών διατηρούν σταθερές ιδιότητες ακαμψίας, αλλά δημιουργούν δονήσεις συχνότητας πλέγματος που προσθέτουν στο συνολικό φασματικό περιεχόμενο του συστήματος.

Διαμορφώσεις ρουλεμάν άξονα τροχών

Τα ρουλεμάν άξονα τροχών υποστηρίζουν κατακόρυφα, πλευρικά και ωστικά φορτία, ενώ παράλληλα προσαρμόζονται στις μεταβολές της θερμικής διαστολής και της γεωμετρίας της τροχιάς. Τα κυλινδρικά ρουλεμάν χειρίζονται αποτελεσματικά τα ακτινικά φορτία, αλλά απαιτούν ξεχωριστές διατάξεις ωστικών ρουλεμάν για την υποστήριξη του αξονικού φορτίου.

Τα κωνικά ρουλεμάν παρέχουν συνδυασμένη ικανότητα ακτινικής και ωστικής φόρτισης με ανώτερα χαρακτηριστικά ακαμψίας σε σύγκριση με τα σφαιρικά ρουλεμάν. Η κωνική γεωμετρία δημιουργεί εγγενή προφόρτιση που εξαλείφει την εσωτερική απόσταση, αλλά απαιτεί ακριβή ρύθμιση για την αποφυγή υπερβολικής φόρτισης ή ανεπαρκούς στήριξης.

Τα σφαιρικά ρουλεμάν διπλής σειράς μπορούν να αντέξουν μεγάλα ακτινικά φορτία και μέτρια φορτία ώσης, παρέχοντας παράλληλα δυνατότητα αυτοευθυγράμμισης για την αντιστάθμιση της εκτροπής του άξονα και της κακής ευθυγράμμισης του περιβλήματος. Η γεωμετρία του σφαιρικού εξωτερικού δακτυλίου δημιουργεί απόσβεση φιλμ λαδιού που βοηθά στον έλεγχο της μετάδοσης των κραδασμών.

Η εσωτερική απόσταση του ρουλεμάν επηρεάζει σημαντικά τα χαρακτηριστικά των κραδασμών και την κατανομή του φορτίου. Η υπερβολική απόσταση επιτρέπει την φόρτιση από κρούση κατά τη διάρκεια των κύκλων αντιστροφής φορτίου, δημιουργώντας κρουστικούς κραδασμούς υψηλής συχνότητας. Η ανεπαρκής απόσταση δημιουργεί συνθήκες προφόρτισης που αυξάνουν την αντίσταση κύλισης και την παραγωγή θερμότητας, ενώ παράλληλα μειώνουν ενδεχομένως το πλάτος των κραδασμών.

Επίδραση του σχεδιασμού του συστήματος γραναζιών στους κραδασμούς

Η γεωμετρία του δοντιού του γραναζιού επηρεάζει άμεσα το πλάτος των κραδασμών της συχνότητας του πλέγματος και το περιεχόμενο των αρμονικών. Τα προφίλ των οδόντων με ενέλιξη με κατάλληλες γωνίες πίεσης και τροποποιήσεις στα πρόσθετα ελαχιστοποιούν τις διακυμάνσεις της δύναμης του πλέγματος και τη σχετική παραγωγή κραδασμών.

Τα ελικοειδή γρανάζια παρέχουν ομαλότερη μετάδοση ισχύος σε σύγκριση με τα κωνικά γρανάζια λόγω των χαρακτηριστικών σταδιακής εμπλοκής των δοντιών. Η γωνία της έλικας δημιουργεί αξονικά στοιχεία δύναμης που απαιτούν υποστήριξη από τα ωστικά ρουλεμάν, αλλά μειώνουν σημαντικά το πλάτος των κραδασμών της συχνότητας του πλέγματος.

Η σχέση επαφής των γραναζιών καθορίζει τον αριθμό των δοντιών που βρίσκονται ταυτόχρονα στο πλέγμα κατά τη μετάδοση ισχύος. Οι υψηλότερες σχέσεις επαφής κατανέμουν το φορτίο μεταξύ περισσότερων δοντιών, μειώνοντας την τάση των μεμονωμένων δοντιών και τις διακυμάνσεις της δύναμης του πλέγματος. Οι σχέσεις επαφής άνω του 1,5 παρέχουν σημαντική μείωση των κραδασμών σε σύγκριση με τις χαμηλότερες σχέσεις.

Η ακρίβεια κατασκευής των γραναζιών επηρεάζει την παραγωγή κραδασμών μέσω σφαλμάτων στην απόσταση των δοντιών, αποκλίσεων στο προφίλ και διακυμάνσεων στο φινίρισμα της επιφάνειας. Οι βαθμοί ποιότητας AGMA ποσοτικοποιούν την ακρίβεια κατασκευής, με τους υψηλότερους βαθμούς να παράγουν χαμηλότερα επίπεδα κραδασμών αλλά να απαιτούν πιο δαπανηρές διαδικασίες κατασκευής.

Η κατανομή φορτίου κατά μήκος του πλάτους της επιφάνειας του γραναζιού επηρεάζει τις τοπικές συγκεντρώσεις τάσης και την παραγωγή κραδασμών. Οι επιφάνειες των δοντιών με κορώνα και η σωστή ευθυγράμμιση του άξονα εξασφαλίζουν ομοιόμορφη κατανομή φορτίου, ελαχιστοποιώντας την καταπόνηση στις άκρες που δημιουργεί εξαρτήματα κραδασμών υψηλής συχνότητας.

Συστήματα άξονα καρδανίου σε εφαρμογές WGB

Τα μπλοκ τροχών-γραναζιών με μετάδοση ισχύος στον άξονα cardan προσφέρουν μεγαλύτερες αποστάσεις διαχωρισμού μεταξύ του κινητήρα και του συστήματος τροχών, παρέχοντας παράλληλα ευέλικτη δυνατότητα σύζευξης. Οι αρθρώσεις σε κάθε άκρο του άξονα cardan δημιουργούν κινηματικούς περιορισμούς που δημιουργούν χαρακτηριστικά μοτίβα δόνησης.

Η λειτουργία με μία μόνο καθολική άρθρωση παράγει διακυμάνσεις ταχύτητας που δημιουργούν δονήσεις σε διπλάσια συχνότητα περιστροφής του άξονα. Το πλάτος αυτής της δόνησης εξαρτάται από τη γωνία λειτουργίας της άρθρωσης, με τις μεγαλύτερες γωνίες να παράγουν υψηλότερα επίπεδα δόνησης σύμφωνα με καθιερωμένες κινηματικές σχέσεις.

Οι διατάξεις διπλών καθολικών αρθρώσεων με σωστή φασική σύνδεση εξαλείφουν τις διακυμάνσεις της ταχύτητας πρώτης τάξης, αλλά εισάγουν φαινόμενα υψηλότερης τάξης που γίνονται σημαντικά σε μεγάλες γωνίες λειτουργίας. Οι αρθρώσεις σταθερής ταχύτητας παρέχουν ανώτερα χαρακτηριστικά κραδασμών, αλλά απαιτούν πιο σύνθετες διαδικασίες κατασκευής και συντήρησης.

Οι κρίσιμες ταχύτητες του άξονα καρντάν πρέπει να παραμένουν καλά διαχωρισμένες από τα εύρη στροφών λειτουργίας για να αποφευχθεί η ενίσχυση του συντονισμού. Η διάμετρος, το μήκος και οι ιδιότητες του υλικού του άξονα καθορίζουν τις κρίσιμες θέσεις ταχύτητας, απαιτώντας προσεκτική ανάλυση σχεδιασμού για κάθε εφαρμογή.

Χαρακτηριστικά κραδασμών κατά τη διάρκεια διαφορετικών συνθηκών λειτουργίας

Η λειτουργία της ατμομηχανής παρουσιάζει ποικίλες συνθήκες λειτουργίας που επηρεάζουν σημαντικά τις υπογραφές κραδασμών και την ερμηνεία της διάγνωσης. Οι στατικές δοκιμές με ατμομηχανές που στηρίζονται σε βάσεις συντήρησης εξαλείφουν τους κραδασμούς που προκαλούνται από τις γραμμές και τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης τροχού-σιδηροτροχιάς, παρέχοντας ελεγχόμενες συνθήκες για τις βασικές μετρήσεις.

Τα συστήματα ανάρτησης του συστήματος κίνησης απομονώνουν το αμάξωμα της ατμομηχανής από τους κραδασμούς του τροχού κατά την κανονική λειτουργία, αλλά ενδέχεται να προκαλέσουν φαινόμενα συντονισμού σε συγκεκριμένες συχνότητες. Οι κύριες φυσικές συχνότητες της ανάρτησης κυμαίνονται συνήθως από 1-3 Hz για κατακόρυφες λειτουργίες και 0,5-1,5 Hz για πλευρικές λειτουργίες, επηρεάζοντας ενδεχομένως τη μετάδοση κραδασμών χαμηλής συχνότητας.

Οι ανωμαλίες της τροχιάς προκαλούν δονήσεις του τροχοφόρου άξονα σε ευρείες περιοχές συχνοτήτων ανάλογα με την ταχύτητα της αμαξοστοιχίας και την κατάσταση της τροχιάς. Οι σιδηροδρομικές αρθρώσεις δημιουργούν περιοδικές κρούσεις σε συχνότητες που καθορίζονται από το μήκος της σιδηροτροχιάς και την ταχύτητα της αμαξοστοιχίας, ενώ οι διακυμάνσεις του εύρους της τροχιάς δημιουργούν πλευρικές δονήσεις που συνδυάζονται με τους τρόπους ανίχνευσης του τροχοφόρου άξονα.

Οι δυνάμεις έλξης και πέδησης εισάγουν πρόσθετη φόρτιση που επηρεάζει τις κατανομές φορτίου των ρουλεμάν και τα χαρακτηριστικά του πλέγματος των γραναζιών. Τα υψηλά φορτία έλξης αυξάνουν τις τάσεις επαφής των δοντιών των γραναζιών και ενδέχεται να μετατοπίσουν τις ζώνες φορτίου στα ρουλεμάν των τροχών, αλλοιώνοντας τα πρότυπα κραδασμών σε σύγκριση με τις συνθήκες χωρίς φορτίο.

Χαρακτηριστικά κραδασμών βοηθητικής μηχανής

Τα συστήματα ανεμιστήρων ψύξης χρησιμοποιούν διάφορα σχέδια πτερυγίων που δημιουργούν ξεχωριστές υπογραφές κραδασμών. Οι φυγοκεντρικοί ανεμιστήρες παράγουν κραδασμούς συχνότητας διέλευσης πτερυγίων με πλάτος που εξαρτάται από τον αριθμό των πτερυγίων, την ταχύτητα περιστροφής και το αεροδυναμικό φορτίο. Οι αξονικοί ανεμιστήρες παράγουν παρόμοιες συχνότητες διέλευσης πτερυγίων αλλά με διαφορετικό αρμονικό περιεχόμενο λόγω διαφορών στο μοτίβο ροής.

Η ανισορροπία του ανεμιστήρα δημιουργεί δονήσεις στη συχνότητα περιστροφής με πλάτος ανάλογο προς το τετράγωνο της ταχύτητας, παρόμοια με άλλα περιστρεφόμενα μηχανήματα. Ωστόσο, οι αεροδυναμικές δυνάμεις από τη ρύπανση των λεπίδων, τη διάβρωση ή τη ζημιά ενδέχεται να δημιουργήσουν πρόσθετα στοιχεία δόνησης που περιπλέκουν την ερμηνεία της διάγνωσης.

Τα συστήματα αεροσυμπιεστών συνήθως χρησιμοποιούν παλινδρομικά σχέδια που παράγουν κραδασμούς στη συχνότητα περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα και στις αρμονικές του. Ο αριθμός των κυλίνδρων και η ακολουθία ανάφλεξης καθορίζουν το περιεχόμενο των αρμονικών, με περισσότερους κυλίνδρους να παράγουν γενικά ομαλότερη λειτουργία και χαμηλότερα επίπεδα κραδασμών.

Οι κραδασμοί της υδραυλικής αντλίας εξαρτώνται από τον τύπο της αντλίας και τις συνθήκες λειτουργίας. Οι γραναζωτές αντλίες παράγουν κραδασμούς συχνότητας πλέγματος παρόμοιους με τα συστήματα γραναζιών, ενώ οι αντλίες πτερυγίων παράγουν κραδασμούς συχνότητας διέλευσης πτερυγίων. Οι αντλίες μεταβλητής μετατόπισης ενδέχεται να παρουσιάζουν πολύπλοκα μοτίβα κραδασμών που ποικίλλουν ανάλογα με τις ρυθμίσεις μετατόπισης και τις συνθήκες φορτίου.

Εφέ συστήματος στήριξης άξονα και στήριξης

Η ακαμψία του περιβλήματος του ρουλεμάν επηρεάζει σημαντικά τη μετάδοση των κραδασμών από τα περιστρεφόμενα εξαρτήματα σε σταθερές κατασκευές. Τα εύκαμπτα περιβλήματα μπορεί να μειώσουν τη μετάδοση των κραδασμών, αλλά επιτρέπουν μεγαλύτερη κίνηση του άξονα που μπορεί να επηρεάσει τα εσωτερικά διάκενα και τις κατανομές φορτίου.

Η ακαμψία της θεμελίωσης και οι διατάξεις στήριξης επηρεάζουν τις δομικές συχνότητες συντονισμού και τα χαρακτηριστικά ενίσχυσης των κραδασμών. Τα συστήματα μαλακής στήριξης παρέχουν απομόνωση των κραδασμών, αλλά ενδέχεται να δημιουργήσουν συντονισμούς χαμηλής συχνότητας που ενισχύουν τους κραδασμούς που προκαλούνται από την ανισορροπία.

Η σύζευξη μεταξύ πολλαπλών αξόνων μέσω εύκαμπτων στοιχείων ή πλεγμάτων γραναζιών δημιουργεί σύνθετα δυναμικά συστήματα με πολλαπλές φυσικές συχνότητες και σχήματα τρόπου λειτουργίας. Αυτά τα συζευγμένα συστήματα ενδέχεται να εμφανίζουν συχνότητες παλμού όταν οι συχνότητες των μεμονωμένων συνιστωσών διαφέρουν ελαφρώς, δημιουργώντας μοτίβα διαμόρφωσης πλάτους στις μετρήσεις κραδασμών.

2.3.1.5. Τεχνικός Εξοπλισμός και Λογισμικό για την Παρακολούθηση και τη Διάγνωση Κραδασμών

Απαιτήσεις για συστήματα μέτρησης και ανάλυσης κραδασμών

Η αποτελεσματική διάγνωση κραδασμών σε εξαρτήματα σιδηροδρομικών μηχανών απαιτεί εξελιγμένες δυνατότητες μέτρησης και ανάλυσης που αντιμετωπίζουν τις μοναδικές προκλήσεις των σιδηροδρομικών περιβαλλόντων. Τα σύγχρονα συστήματα ανάλυσης κραδασμών πρέπει να παρέχουν ευρύ δυναμικό εύρος, ανάλυση υψηλής συχνότητας και στιβαρή λειτουργία σε σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως ακραίες θερμοκρασίες, ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και μηχανικούς κραδασμούς.

Οι απαιτήσεις δυναμικού εύρους για εφαρμογές σε ατμομηχανές συνήθως υπερβαίνουν τα 80 dB για την καταγραφή τόσο των αρχικών βλαβών χαμηλού εύρους όσο και των λειτουργικών κραδασμών υψηλού εύρους. Αυτό το εύρος επιτρέπει μετρήσεις από μικρόμετρα ανά δευτερόλεπτο για πρώιμα ελαττώματα ρουλεμάν έως εκατοντάδες χιλιοστά ανά δευτερόλεπτο για σοβαρές συνθήκες ανισορροπίας.

Η ανάλυση συχνότητας καθορίζει την ικανότητα διαχωρισμού φασματικών συνιστωσών σε κοντινή απόσταση και τον εντοπισμό προτύπων διαμόρφωσης που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένους τύπους σφαλμάτων. Το εύρος ζώνης ανάλυσης δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 1% της χαμηλότερης συχνότητας ενδιαφέροντος, απαιτώντας προσεκτική επιλογή παραμέτρων ανάλυσης για κάθε εφαρμογή μέτρησης.

Η σταθερότητα της θερμοκρασίας διασφαλίζει την ακρίβεια των μετρήσεων σε όλα τα μεγάλα εύρη θερμοκρασιών που συναντώνται στις εφαρμογές ατμομηχανών. Τα συστήματα μέτρησης πρέπει να διατηρούν την ακρίβεια βαθμονόμησης εντός ±5% σε εύρη θερμοκρασιών από -40°C έως +70°C, ώστε να προσαρμόζονται στις εποχιακές διακυμάνσεις και στις επιδράσεις θέρμανσης του εξοπλισμού.

Δείκτες κατάστασης ρουλεμάν με χρήση υπερηχητικής δόνησης

Η υπερηχητική ανάλυση κραδασμών παρέχει την έγκαιρη δυνατή ανίχνευση της φθοράς των ρουλεμάν παρακολουθώντας τις εκπομπές υψηλής συχνότητας από την επαφή με την τραχύτητα της επιφάνειας και τη διάσπαση της μεμβράνης λίπανσης. Αυτά τα φαινόμενα προηγούνται των συμβατικών υπογραφών κραδασμών κατά εβδομάδες ή μήνες, επιτρέποντας τον προληπτικό προγραμματισμό συντήρησης.

Οι μετρήσεις ενέργειας αιχμής ποσοτικοποιούν τις παλμικές υπερηχητικές εκπομπές χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα φίλτρα που δίνουν έμφαση σε παροδικά συμβάντα ενώ παράλληλα καταστέλλουν τον θόρυβο υποβάθρου σταθερής κατάστασης. Η τεχνική χρησιμοποιεί φιλτράρισμα υψιπερατού συστήματος άνω των 5 kHz, ακολουθούμενο από ανίχνευση περιβλήματος και υπολογισμό RMS σε σύντομα χρονικά παράθυρα.

Η ανάλυση περιβλήματος υψηλής συχνότητας (HFE) εξάγει πληροφορίες διαμόρφωσης πλάτους από υπερηχητικά σήματα φορέα, αποκαλύπτοντας μοτίβα διαμόρφωσης χαμηλής συχνότητας που αντιστοιχούν σε συχνότητες ελαττωμάτων ρουλεμάν. Αυτή η προσέγγιση συνδυάζει την υπερηχητική ευαισθησία με τις συμβατικές δυνατότητες ανάλυσης συχνότητας.

Η μέθοδος παλμών κραδασμών (SPM) μετρά τα μέγιστα πλάτη των υπερηχητικών μεταβατικών φαινομένων χρησιμοποιώντας εξειδικευμένους μορφοτροπείς συντονισμένους σε συχνότητα περίπου 32 kHz. Αυτή η τεχνική παρέχει αδιάστατους δείκτες κατάστασης ρουλεμάν που συσχετίζονται καλά με τη σοβαρότητα της ζημιάς στα ρουλεμάν.

Οι υπερηχητικοί δείκτες κατάστασης απαιτούν προσεκτική βαθμονόμηση και παρακολούθηση τάσεων για τον καθορισμό των βασικών τιμών και των ρυθμών εξέλιξης της ζημιάς. Περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως η θερμοκρασία, η φόρτωση και οι συνθήκες λίπανσης, επηρεάζουν σημαντικά τις τιμές των δεικτών, γεγονός που καθιστά απαραίτητες ολοκληρωμένες βάσεις δεδομένων αναφοράς.

Ανάλυση διαμόρφωσης κραδασμών υψηλής συχνότητας

Τα ρουλεμάν κυλινδρικών στοιχείων παράγουν χαρακτηριστικά μοτίβα διαμόρφωσης σε κραδασμούς υψηλής συχνότητας λόγω περιοδικών μεταβολών φορτίου καθώς τα κυλινδρικά στοιχεία αντιμετωπίζουν ελαττώματα ολίσθησης. Αυτά τα μοτίβα διαμόρφωσης εμφανίζονται ως πλευρικές ζώνες γύρω από δομικές συχνότητες συντονισμού και φυσικές συχνότητες ρουλεμάν.

Οι τεχνικές ανάλυσης περιβλήματος εξάγουν πληροφορίες διαμόρφωσης φιλτράροντας τα σήματα δόνησης για να απομονώσουν ζώνες συχνότητας που περιέχουν συντονισμούς ρουλεμάν, εφαρμόζοντας την ανίχνευση περιβλήματος για την ανάκτηση των διακυμάνσεων πλάτους και αναλύοντας το φάσμα περιβλήματος για τον εντοπισμό συχνοτήτων ελαττωμάτων.

Η αναγνώριση συντονισμού καθίσταται κρίσιμη για την αποτελεσματική ανάλυση περιβάλλουσας, καθώς η διέγερση πρόσκρουσης των εδράνων διεγείρει κατά προτίμηση συγκεκριμένους δομικούς συντονισμούς. Η δοκιμή σάρωσης ημιτόνου ή η ανάλυση τροπικής κρούσης βοηθά στον εντοπισμό βέλτιστων ζωνών συχνότητας για την ανάλυση περιβάλλουσας κάθε θέσης εδράνου.

Οι τεχνικές ψηφιακού φιλτραρίσματος για την ανάλυση περιβλήματος περιλαμβάνουν φίλτρα πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης (FIR) που παρέχουν γραμμικά χαρακτηριστικά φάσης και αποφεύγουν την παραμόρφωση του σήματος, και φίλτρα άπειρης κρουστικής απόκρισης (IIR) που προσφέρουν χαρακτηριστικά απότομης κύλισης με μειωμένες υπολογιστικές απαιτήσεις.

Οι παράμετροι ανάλυσης φάσματος περιβλήματος επηρεάζουν σημαντικά την ευαισθησία και την ακρίβεια της διάγνωσης. Το εύρος ζώνης του φίλτρου θα πρέπει να περιλαμβάνει τον δομικό συντονισμό, εξαιρώντας παράλληλα τους γειτονικούς συντονισμούς, και το μήκος του παραθύρου ανάλυσης πρέπει να παρέχει επαρκή ανάλυση συχνότητας για τον διαχωρισμό των συχνοτήτων ελαττωμάτων των ρουλεμάν και των αρμονικών τους.

Ολοκληρωμένα συστήματα παρακολούθησης περιστρεφόμενου εξοπλισμού

Οι σύγχρονες εγκαταστάσεις συντήρησης ατμομηχανών χρησιμοποιούν ολοκληρωμένα συστήματα παρακολούθησης που συνδυάζουν πολλαπλές διαγνωστικές τεχνικές για να παρέχουν ολοκληρωμένη αξιολόγηση της κατάστασης του περιστρεφόμενου εξοπλισμού. Αυτά τα συστήματα ενσωματώνουν την ανάλυση κραδασμών με την ανάλυση λαδιού, την θερμική παρακολούθηση και τις παραμέτρους απόδοσης για τη βελτίωση της διαγνωστικής ακρίβειας.

Οι φορητοί αναλυτές κραδασμών χρησιμεύουν ως κύρια διαγνωστικά εργαλεία για την περιοδική αξιολόγηση της κατάστασης κατά τη διάρκεια των προγραμματισμένων διαστημάτων συντήρησης. Αυτά τα όργανα παρέχουν φασματική ανάλυση, καταγραφή κυματομορφής χρόνου και αυτοματοποιημένους αλγόριθμους ανίχνευσης σφαλμάτων βελτιστοποιημένους για εφαρμογές ατμομηχανών.

Τα μόνιμα εγκατεστημένα συστήματα παρακολούθησης επιτρέπουν τη συνεχή επιτήρηση κρίσιμων εξαρτημάτων κατά τη λειτουργία. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν κατανεμημένα δίκτυα αισθητήρων, ασύρματη μετάδοση δεδομένων και αυτοματοποιημένους αλγόριθμους ανάλυσης για την παροχή αξιολόγησης της κατάστασης σε πραγματικό χρόνο και τη δημιουργία συναγερμών.

Οι δυνατότητες ενοποίησης δεδομένων συνδυάζουν πληροφορίες από πολλαπλές διαγνωστικές τεχνικές για τη βελτίωση της αξιοπιστίας ανίχνευσης σφαλμάτων και τη μείωση των ποσοστών ψευδών συναγερμών. Οι αλγόριθμοι σύντηξης σταθμίζουν τις συνεισφορές από διαφορετικές διαγνωστικές μεθόδους με βάση την αποτελεσματικότητά τους για συγκεκριμένους τύπους σφαλμάτων και συνθήκες λειτουργίας.

Τεχνολογίες αισθητήρων και μέθοδοι εγκατάστασης

Η επιλογή αισθητήρα κραδασμών επηρεάζει σημαντικά την ποιότητα των μετρήσεων και την αποτελεσματικότητα της διάγνωσης. Τα πιεζοηλεκτρικά επιταχυνσιόμετρα παρέχουν εξαιρετική απόκριση συχνότητας και ευαισθησία για τις περισσότερες εφαρμογές ατμομηχανών, ενώ οι ηλεκτρομαγνητικοί μετατροπείς ταχύτητας προσφέρουν ανώτερη απόκριση χαμηλής συχνότητας για μεγάλα περιστρεφόμενα μηχανήματα.

Οι μέθοδοι τοποθέτησης αισθητήρων επηρεάζουν καθοριστικά την ακρίβεια και την αξιοπιστία των μετρήσεων. Οι βιδωτοί πείροι παρέχουν βέλτιστη μηχανική σύζευξη για μόνιμες εγκαταστάσεις, ενώ η μαγνητική τοποθέτηση προσφέρει ευκολία για περιοδικές μετρήσεις σε σιδηρομαγνητικές επιφάνειες. Η αυτοκόλλητη τοποθέτηση είναι κατάλληλη για μη σιδηρομαγνητικές επιφάνειες, αλλά απαιτεί προετοιμασία της επιφάνειας και χρόνο σκλήρυνσης.

Ο προσανατολισμός του αισθητήρα επηρεάζει την ευαισθησία της μέτρησης σε διαφορετικές καταστάσεις δόνησης. Οι ακτινικές μετρήσεις ανιχνεύουν την ανισορροπία και την κακή ευθυγράμμιση με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο, ενώ οι αξονικές μετρήσεις αποκαλύπτουν προβλήματα στα ωστικά ρουλεμάν και την κακή ευθυγράμμιση της ζεύξης. Οι εφαπτομενικές μετρήσεις παρέχουν μοναδικές πληροφορίες σχετικά με τις στρεπτικές δονήσεις και τη δυναμική του πλέγματος των γραναζιών.

Η προστασία του περιβάλλοντος απαιτεί προσεκτική εξέταση των ακραίων θερμοκρασιών, της έκθεσης σε υγρασία και των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών. Τα σφραγισμένα επιταχυνσιόμετρα με ενσωματωμένα καλώδια παρέχουν ανώτερη αξιοπιστία σε σύγκριση με τα σχέδια αφαιρούμενων συνδέσμων σε σκληρά σιδηροδρομικά περιβάλλοντα.

Προετοιμασία Σήματος και Απόκτηση Δεδομένων

Τα ηλεκτρονικά συστήματα επεξεργασίας σήματος παρέχουν διέγερση, ενίσχυση και φιλτράρισμα αισθητήρα που είναι απαραίτητα για ακριβείς μετρήσεις κραδασμών. Τα κυκλώματα διέγερσης σταθερού ρεύματος τροφοδοτούν πιεζοηλεκτρικά επιταχυνσιόμετρα διατηρώντας παράλληλα υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου για να διατηρηθεί η ευαισθησία του αισθητήρα.

Τα φίλτρα εξομάλυνσης (antialiasing) αποτρέπουν τα τεχνουργήματα αναδίπλωσης συχνότητας κατά τη μετατροπή από αναλογικό σε ψηφιακό σήμα, εξασθενώντας τα στοιχεία σήματος πάνω από τη συχνότητα Nyquist. Αυτά τα φίλτρα πρέπει να παρέχουν επαρκή απόρριψη ζώνης διακοπής, διατηρώντας παράλληλα επίπεδη απόκριση ζώνης διέλευσης για να διατηρήσουν την πιστότητα του σήματος.

Η ανάλυση μετατροπής από αναλογικό σε ψηφιακό καθορίζει το δυναμικό εύρος και την ακρίβεια της μέτρησης. Η μετατροπή 24-bit παρέχει θεωρητικό δυναμικό εύρος 144 dB, επιτρέποντας τη μέτρηση τόσο υπογραφών σφάλματος χαμηλού εύρους όσο και λειτουργικών κραδασμών υψηλού εύρους εντός της ίδιας λήψης.

Η επιλογή συχνότητας δειγματοληψίας ακολουθεί το κριτήριο Nyquist, το οποίο απαιτεί ρυθμούς δειγματοληψίας τουλάχιστον διπλάσιους από την υψηλότερη συχνότητα ενδιαφέροντος. Οι πρακτικές εφαρμογές χρησιμοποιούν λόγους υπερδειγματοληψίας από 2,5:1 έως 4:1 για να καλύψουν τις ζώνες μετάβασης του φίλτρου εξομάλυνσης και να παρέχουν ευελιξία στην ανάλυση.

Επιλογή και Προσανατολισμός Σημείου Μέτρησης

Η αποτελεσματική παρακολούθηση των κραδασμών απαιτεί συστηματική επιλογή θέσεων μέτρησης που παρέχουν μέγιστη ευαισθησία σε συνθήκες σφάλματος, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις παρεμβολές από εξωτερικές πηγές κραδασμών. Τα σημεία μέτρησης θα πρέπει να βρίσκονται όσο το δυνατόν πιο κοντά σε στηρίγματα εδράνων και άλλες κρίσιμες διαδρομές φορτίου.

Οι μετρήσεις του περιβλήματος ρουλεμάν παρέχουν άμεσες πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση του ρουλεμάν και την εσωτερική δυναμική. Οι ακτινικές μετρήσεις στα περιβλήματα ρουλεμάν ανιχνεύουν την ανισορροπία, την κακή ευθυγράμμιση και τα ελαττώματα των ρουλεμάν με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο, ενώ οι αξονικές μετρήσεις αποκαλύπτουν προβλήματα ώσης και σύζευξης.

Οι μετρήσεις του πλαισίου του κινητήρα καταγράφουν τους ηλεκτρομαγνητικούς κραδασμούς και τη συνολική κατάσταση του κινητήρα, αλλά ενδέχεται να παρουσιάζουν χαμηλότερη ευαισθησία σε ελαττώματα των ρουλεμάν λόγω εξασθένησης των κραδασμών μέσω της δομής του κινητήρα. Αυτές οι μετρήσεις συμπληρώνουν τις μετρήσεις του περιβλήματος των ρουλεμάν για μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση του κινητήρα.

Οι μετρήσεις του κιβωτίου ταχυτήτων ανιχνεύουν τους κραδασμούς του πλέγματος των γραναζιών και τη δυναμική του εσωτερικού γραναζιού, αλλά απαιτούν προσεκτική ερμηνεία λόγω πολύπλοκων διαδρομών μετάδοσης κραδασμών και πολλαπλών πηγών διέγερσης. Οι θέσεις μέτρησης κοντά στις κεντρικές γραμμές του πλέγματος των γραναζιών παρέχουν μέγιστη ευαισθησία σε προβλήματα που σχετίζονται με το πλέγμα.

Επιλογή τρόπου λειτουργίας για διαγνωστικές δοκιμές

Η αποτελεσματικότητα των διαγνωστικών δοκιμών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επιλογή κατάλληλων συνθηκών λειτουργίας που παρέχουν βέλτιστη διέγερση των κραδασμών που σχετίζονται με σφάλματα, διατηρώντας παράλληλα την ασφάλεια και την προστασία του εξοπλισμού. Διαφορετικοί τρόποι λειτουργίας αποκαλύπτουν διαφορετικές πτυχές της κατάστασης των εξαρτημάτων και της εξέλιξης του σφάλματος.

Η δοκιμή χωρίς φορτίο εξαλείφει τις πηγές κραδασμών που εξαρτώνται από το φορτίο και παρέχει βασικές μετρήσεις για σύγκριση με τις συνθήκες φόρτισης. Αυτή η λειτουργία αποκαλύπτει με μεγαλύτερη σαφήνεια τα προβλήματα ανισορροπίας, κακής ευθυγράμμισης και ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις επιπτώσεις των κραδασμών στο πλέγμα των γραναζιών και του φορτίου των ρουλεμάν.

Οι δοκιμές υπό φορτίο σε διάφορα επίπεδα ισχύος αποκαλύπτουν φαινόμενα που εξαρτώνται από το φορτίο, όπως η δυναμική του πλέγματος των γραναζιών, οι επιδράσεις στην κατανομή του φορτίου στα ρουλεμάν και οι επιρροές από την ηλεκτρομαγνητική φόρτιση. Η προοδευτική φόρτιση βοηθά στη διαφοροποίηση μεταξύ πηγών κραδασμών που εξαρτώνται από το φορτίο και αυτών που δεν εξαρτώνται από το φορτίο.

Οι δοκιμές κατεύθυνσης με περιστροφή προς τα εμπρός και προς τα πίσω παρέχουν πρόσθετες διαγνωστικές πληροφορίες σχετικά με ασύμμετρα προβλήματα, όπως τα πρότυπα φθοράς των δοντιών των γραναζιών, οι διακυμάνσεις της προφόρτισης των ρουλεμάν και τα χαρακτηριστικά φθοράς του συνδέσμου. Ορισμένα σφάλματα παρουσιάζουν ευαισθησία κατεύθυνσης που βοηθά στον εντοπισμό του σφάλματος.

Η δοκιμή σάρωσης συχνότητας κατά την εκκίνηση και την απενεργοποίηση καταγράφει τη συμπεριφορά των κραδασμών σε όλο το εύρος στροφών λειτουργίας, αποκαλύπτοντας συνθήκες συντονισμού και φαινόμενα που εξαρτώνται από την ταχύτητα. Αυτές οι μετρήσεις βοηθούν στον εντοπισμό κρίσιμων ταχυτήτων και θέσεων φυσικής συχνότητας.

Επιδράσεις λίπανσης στις διαγνωστικές υπογραφές

Η κατάσταση λίπανσης επηρεάζει σημαντικά τις υπογραφές κραδασμών και την ερμηνεία των διαγνωστικών, ιδιαίτερα για εφαρμογές παρακολούθησης ρουλεμάν. Το φρέσκο λιπαντικό παρέχει αποτελεσματική απόσβεση που μειώνει τη μετάδοση κραδασμών, ενώ το μολυσμένο ή υποβαθμισμένο λιπαντικό μπορεί να ενισχύσει τις υπογραφές σφαλμάτων.

Οι αλλαγές στο ιξώδες του λιπαντικού με τη θερμοκρασία επηρεάζουν τη δυναμική των ρουλεμάν και τα χαρακτηριστικά των κραδασμών. Το κρύο λιπαντικό αυξάνει την απόσβεση του ιξώδους και μπορεί να καλύψει τα αρχικά ελαττώματα των ρουλεμάν, ενώ το υπερθερμασμένο λιπαντικό παρέχει μειωμένη απόσβεση και προστασία.

Το μολυσμένο λιπαντικό που περιέχει σωματίδια φθοράς, νερό ή ξένα υλικά δημιουργεί πρόσθετες πηγές κραδασμών μέσω της λειαντικής επαφής και της στροβιλώδους ροής. Αυτά τα φαινόμενα μπορεί να υπερνικήσουν τα γνήσια υπογραφές σφαλμάτων και να περιπλέξουν την ερμηνεία της διάγνωσης.

Προβλήματα στο σύστημα λίπανσης, όπως η ανεπαρκής ροή, οι διακυμάνσεις της πίεσης και οι ανωμαλίες στην κατανομή, δημιουργούν χρονικά μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου στα ρουλεμάν που επηρεάζουν τα πρότυπα κραδασμών. Η συσχέτιση μεταξύ της λειτουργίας του συστήματος λίπανσης και των χαρακτηριστικών κραδασμών παρέχει πολύτιμες διαγνωστικές πληροφορίες.

Αναγνώριση σφαλμάτων μέτρησης και έλεγχος ποιότητας

Τα αξιόπιστα διαγνωστικά απαιτούν συστηματικό εντοπισμό και εξάλειψη σφαλμάτων μέτρησης που μπορούν να οδηγήσουν σε λανθασμένα συμπεράσματα και περιττές ενέργειες συντήρησης. Συνήθεις πηγές σφαλμάτων περιλαμβάνουν προβλήματα τοποθέτησης αισθητήρων, ηλεκτρικές παρεμβολές και ακατάλληλες παραμέτρους μέτρησης.

Η επαλήθευση της τοποθέτησης των αισθητήρων χρησιμοποιεί απλές τεχνικές, όπως χειροκίνητες δοκιμές διέγερσης, συγκριτικές μετρήσεις σε γειτονικές θέσεις και επαλήθευση απόκρισης συχνότητας χρησιμοποιώντας γνωστές πηγές διέγερσης. Η χαλαρή τοποθέτηση συνήθως μειώνει την ευαισθησία σε υψηλές συχνότητες και μπορεί να εισαγάγει ψευδείς συντονισμούς.

Η ανίχνευση ηλεκτρικών παρεμβολών περιλαμβάνει την αναγνώριση φασματικών συνιστωσών στη συχνότητα γραμμής (50/60 Hz) και των αρμονικών τους, τη σύγκριση μετρήσεων με αποσυνδεδεμένη τροφοδοσία και την αξιολόγηση της συνοχής μεταξύ των κραδασμών και των ηλεκτρικών σημάτων. Η σωστή γείωση και θωράκιση εξαλείφουν τις περισσότερες πηγές παρεμβολών.

Η επαλήθευση παραμέτρων περιλαμβάνει την επιβεβαίωση των μονάδων μέτρησης, των ρυθμίσεων εύρους συχνότητας και των παραμέτρων ανάλυσης. Η λανθασμένη επιλογή παραμέτρων μπορεί να οδηγήσει σε αντικείμενα μέτρησης που μιμούνται γνήσιες υπογραφές σφάλματος.

Αρχιτεκτονική Ολοκληρωμένων Διαγνωστικών Συστημάτων

Οι σύγχρονες εγκαταστάσεις συντήρησης ατμομηχανών χρησιμοποιούν ολοκληρωμένα διαγνωστικά συστήματα που συνδυάζουν πολλαπλές τεχνικές παρακολούθησης της κατάστασης με κεντρικές δυνατότητες διαχείρισης και ανάλυσης δεδομένων. Αυτά τα συστήματα παρέχουν ολοκληρωμένη αξιολόγηση του εξοπλισμού, μειώνοντας παράλληλα τις απαιτήσεις χειροκίνητης συλλογής και ανάλυσης δεδομένων.

Τα κατανεμημένα δίκτυα αισθητήρων επιτρέπουν την ταυτόχρονη παρακολούθηση πολλαπλών εξαρτημάτων σε ολόκληρο το συγκρότημα της ατμομηχανής. Οι ασύρματοι κόμβοι αισθητήρων μειώνουν την πολυπλοκότητα εγκατάστασης και τις απαιτήσεις συντήρησης, παρέχοντας παράλληλα μετάδοση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο σε κεντρικά συστήματα επεξεργασίας.

Οι αυτοματοποιημένοι αλγόριθμοι ανάλυσης επεξεργάζονται τις εισερχόμενες ροές δεδομένων για να εντοπίσουν προβλήματα που αναπτύσσονται και να δημιουργήσουν συστάσεις συντήρησης. Οι τεχνικές μηχανικής μάθησης προσαρμόζουν τις παραμέτρους του αλγορίθμου με βάση τα ιστορικά δεδομένα και τα αποτελέσματα συντήρησης για να βελτιώσουν την ακρίβεια της διάγνωσης με την πάροδο του χρόνου.

Η ενσωμάτωση βάσεων δεδομένων συνδυάζει τα αποτελέσματα ανάλυσης κραδασμών με το ιστορικό συντήρησης, τις συνθήκες λειτουργίας και τις προδιαγραφές των εξαρτημάτων, για να παρέχει ολοκληρωμένη υποστήριξη αξιολόγησης εξοπλισμού και σχεδιασμού συντήρησης.

2.3.1.6. Πρακτική Εφαρμογή της Τεχνολογίας Μέτρησης Κραδασμών

Εξοικείωση και Ρύθμιση Διαγνωστικού Συστήματος

Η αποτελεσματική διάγνωση κραδασμών ξεκινά με την πλήρη κατανόηση των δυνατοτήτων και των περιορισμών του διαγνωστικού εξοπλισμού. Οι σύγχρονοι φορητοί αναλυτές ενσωματώνουν πολλαπλές λειτουργίες μέτρησης και ανάλυσης, απαιτώντας συστηματική εκπαίδευση για την αποτελεσματική αξιοποίηση όλων των διαθέσιμων χαρακτηριστικών.

Η διαμόρφωση του συστήματος περιλαμβάνει τον καθορισμό παραμέτρων μέτρησης κατάλληλων για εφαρμογές ατμομηχανών, συμπεριλαμβανομένων των περιοχών συχνοτήτων, των ρυθμίσεων ανάλυσης και των τύπων ανάλυσης. Οι προεπιλεγμένες διαμορφώσεις σπάνια παρέχουν βέλτιστη απόδοση για συγκεκριμένες εφαρμογές, απαιτώντας προσαρμογή με βάση τα χαρακτηριστικά των εξαρτημάτων και τους διαγνωστικούς στόχους.

Η επαλήθευση βαθμονόμησης διασφαλίζει την ακρίβεια των μετρήσεων και την ιχνηλασιμότητα με βάση τα εθνικά πρότυπα. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη σύνδεση πηγών βαθμονόμησης ακριβείας και την επαλήθευση της απόκρισης του συστήματος σε όλα τα εύρη συχνότητας και πλάτους που χρησιμοποιούνται για διαγνωστικές μετρήσεις.

Η ρύθμιση της βάσης δεδομένων καθορίζει ιεραρχίες εξοπλισμού, ορισμούς σημείων μέτρησης και παραμέτρους ανάλυσης για κάθε παρακολουθούμενο στοιχείο. Η σωστή οργάνωση της βάσης δεδομένων διευκολύνει την αποτελεσματική συλλογή δεδομένων και επιτρέπει την αυτοματοποιημένη σύγκριση με ιστορικές τάσεις και όρια συναγερμού.

Ανάπτυξη Διαδρομής και Διαμόρφωση Βάσης Δεδομένων

Η ανάπτυξη διαδρομής περιλαμβάνει συστηματικό προσδιορισμό σημείων και ακολουθιών μέτρησης που παρέχουν ολοκληρωμένη κάλυψη κρίσιμων στοιχείων, βελτιστοποιώντας παράλληλα την αποτελεσματικότητα της συλλογής δεδομένων. Οι αποτελεσματικές διαδρομές εξισορροπούν την πληρότητα της διάγνωσης με τους πρακτικούς χρονικούς περιορισμούς.

Η επιλογή σημείου μέτρησης δίνει προτεραιότητα στις τοποθεσίες, παρέχοντας μέγιστη ευαισθησία σε πιθανές συνθήκες σφάλματος, διασφαλίζοντας παράλληλα την επαναλήψιμη τοποθέτηση του αισθητήρα και την αποδεκτή ασφαλή πρόσβαση. Κάθε σημείο μέτρησης απαιτεί τεκμηρίωση της ακριβούς τοποθεσίας, του προσανατολισμού του αισθητήρα και των παραμέτρων μέτρησης.

Τα συστήματα αναγνώρισης εξαρτημάτων επιτρέπουν την αυτοματοποιημένη οργάνωση και ανάλυση δεδομένων συνδέοντας τα σημεία μέτρησης με συγκεκριμένα στοιχεία εξοπλισμού. Η ιεραρχική οργάνωση διευκολύνει την ανάλυση και τη σύγκριση σε ολόκληρο τον στόλο μεταξύ παρόμοιων εξαρτημάτων σε πολλαπλές μηχανές έλξης.

Ο ορισμός των παραμέτρων ανάλυσης καθορίζει τα εύρη συχνοτήτων, τις ρυθμίσεις ανάλυσης και τις επιλογές επεξεργασίας που είναι κατάλληλες για κάθε σημείο μέτρησης. Οι θέσεις ρουλεμάν απαιτούν δυνατότητα υψηλής συχνότητας με επιλογές ανάλυσης περιβάλλουσας, ενώ οι μετρήσεις ισορροπίας και ευθυγράμμισης δίνουν έμφαση στην απόδοση χαμηλής συχνότητας.

Διαδικασίες Οπτικής Επιθεώρησης και Προετοιμασίας

Η οπτική επιθεώρηση παρέχει ουσιαστικές πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση των εξαρτημάτων και τις πιθανές επιπλοκές στις μετρήσεις πριν από τη διεξαγωγή μετρήσεων κραδασμών. Αυτή η επιθεώρηση αποκαλύπτει προφανή προβλήματα που ενδέχεται να μην απαιτούν λεπτομερή ανάλυση κραδασμών, ενώ παράλληλα εντοπίζει παράγοντες που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την ποιότητα των μετρήσεων.

Η επιθεώρηση του συστήματος λίπανσης περιλαμβάνει την επαλήθευση των επιπέδων λιπαντικού, των ενδείξεων διαρροής και των ενδείξεων μόλυνσης. Η ανεπαρκής λίπανση επηρεάζει τα χαρακτηριστικά των κραδασμών και μπορεί να υποδηλώνει επικείμενες βλάβες που απαιτούν άμεση αντιμετώπιση, ανεξάρτητα από τα επίπεδα κραδασμών.

Η επιθεώρηση του υλικού στήριξης εντοπίζει χαλαρά μπουλόνια, κατεστραμμένα εξαρτήματα και δομικά προβλήματα που θα μπορούσαν να επηρεάσουν τη μετάδοση των κραδασμών ή τη στήριξη του αισθητήρα. Αυτά τα προβλήματα ενδέχεται να απαιτούν διόρθωση πριν καταστούν δυνατές αξιόπιστες μετρήσεις.

Η προετοιμασία της επιφάνειας για την τοποθέτηση του αισθητήρα περιλαμβάνει τον καθαρισμό των επιφανειών μέτρησης, την αφαίρεση χρώματος ή διάβρωσης και τη διασφάλιση επαρκούς σπειροειδούς εμπλοκής για μόνιμους πείρους τοποθέτησης. Η σωστή προετοιμασία της επιφάνειας επηρεάζει άμεσα την ποιότητα και την επαναληψιμότητα των μετρήσεων.

Η αξιολόγηση του περιβαλλοντικού κινδύνου προσδιορίζει ζητήματα ασφάλειας, όπως θερμές επιφάνειες, περιστρεφόμενα μηχανήματα, ηλεκτρικούς κινδύνους και ασταθείς κατασκευές. Οι παράμετροι ασφαλείας ενδέχεται να απαιτούν ειδικές διαδικασίες ή προστατευτικό εξοπλισμό για το προσωπικό μετρήσεων.

Καθορισμός τρόπου λειτουργίας εξαρτήματος

Οι διαγνωστικές μετρήσεις απαιτούν την καθιέρωση συνεπών συνθηκών λειτουργίας που παρέχουν επαναλήψιμα αποτελέσματα και βέλτιστη ευαισθησία σε συνθήκες σφάλματος. Η επιλογή του τρόπου λειτουργίας εξαρτάται από το σχεδιασμό των εξαρτημάτων, τα διαθέσιμα όργανα και τους περιορισμούς ασφαλείας.

Η λειτουργία χωρίς φορτίο παρέχει βασικές μετρήσεις με ελάχιστες εξωτερικές επιδράσεις από μηχανική φόρτιση ή ηλεκτρικές διακυμάνσεις φόρτισης. Αυτή η λειτουργία αποκαλύπτει με μεγαλύτερη σαφήνεια θεμελιώδη προβλήματα, όπως η ανισορροπία, η κακή ευθυγράμμιση και τα ηλεκτρομαγνητικά σφάλματα.

Η λειτουργία υπό φορτίο σε καθορισμένα επίπεδα ισχύος αποκαλύπτει φαινόμενα που εξαρτώνται από το φορτίο και τα οποία ενδέχεται να μην εμφανίζονται κατά τη διάρκεια των δοκιμών χωρίς φορτίο. Η προοδευτική φόρτιση βοηθά στον εντοπισμό προβλημάτων που είναι ευαίσθητα στο φορτίο και καθορίζει σχέσεις σοβαρότητας για σκοπούς τάσεων.

Τα συστήματα ελέγχου ταχύτητας διατηρούν σταθερές ταχύτητες περιστροφής κατά τη λήψη μετρήσεων, ώστε να διασφαλίζεται η σταθερότητα της συχνότητας και να επιτρέπεται η ακριβής φασματική ανάλυση. Οι διακυμάνσεις της ταχύτητας κατά τη μέτρηση δημιουργούν φασματική κηλίδωση που μειώνει την ανάλυση της ανάλυσης και την ακρίβεια της διάγνωσης.

Η επίτευξη θερμικής ισορροπίας διασφαλίζει ότι οι μετρήσεις αντιπροσωπεύουν τις κανονικές συνθήκες λειτουργίας και όχι τα παροδικά φαινόμενα εκκίνησης. Τα περισσότερα περιστρεφόμενα μηχανήματα απαιτούν 15-30 λεπτά λειτουργίας για να επιτύχουν θερμική σταθερότητα και αντιπροσωπευτικά επίπεδα κραδασμών.

Μέτρηση και Επαλήθευση Ταχύτητας Περιστροφής

Η ακριβής μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής παρέχει απαραίτητες πληροφορίες αναφοράς για τη φασματική ανάλυση και τους υπολογισμούς συχνότητας σφαλμάτων. Τα σφάλματα μέτρησης ταχύτητας επηρεάζουν άμεσα την ακρίβεια της διάγνωσης και μπορεί να οδηγήσουν σε εσφαλμένη αναγνώριση σφαλμάτων.

Τα οπτικά ταχύμετρα παρέχουν μέτρηση ταχύτητας χωρίς επαφή χρησιμοποιώντας ανακλαστική ταινία ή χαρακτηριστικά φυσικής επιφάνειας. Αυτά τα όργανα προσφέρουν υψηλή ακρίβεια και πλεονεκτήματα ασφάλειας, αλλά απαιτούν πρόσβαση σε οπτική επαφή και επαρκή αντίθεση επιφάνειας για αξιόπιστη λειτουργία.

Οι μαγνητικοί αισθητήρες λήψης ανιχνεύουν τη διέλευση σιδηρομαγνητικών χαρακτηριστικών, όπως δόντια γραναζιών ή κλειδαριές άξονα. Αυτοί οι αισθητήρες παρέχουν εξαιρετική ακρίβεια και ατρωσία στη μόλυνση, αλλά απαιτούν την εγκατάσταση λήψεων και στόχων σε περιστρεφόμενα εξαρτήματα.

Η στροβοσκοπική μέτρηση ταχύτητας χρησιμοποιεί συγχρονισμένα φώτα που αναβοσβήνουν για να δημιουργήσει εμφανείς στατικές εικόνες περιστρεφόμενων εξαρτημάτων. Αυτή η τεχνική παρέχει οπτική επαλήθευση της ταχύτητας περιστροφής και επιτρέπει την παρατήρηση της δυναμικής συμπεριφοράς κατά τη λειτουργία.

Η επαλήθευση της ταχύτητας μέσω φασματικής ανάλυσης περιλαμβάνει τον εντοπισμό εμφανών φασματικών κορυφών που αντιστοιχούν σε γνωστές συχνότητες περιστροφής και τη σύγκριση με άμεσες μετρήσεις ταχύτητας. Αυτή η προσέγγιση παρέχει επιβεβαίωση της ακρίβειας των μετρήσεων και βοηθά στον εντοπισμό φασματικών συνιστωσών που σχετίζονται με την ταχύτητα.

Συλλογή δεδομένων κραδασμών πολλαπλών σημείων

Η συστηματική συλλογή δεδομένων δονήσεων ακολουθεί προκαθορισμένες διαδρομές και ακολουθίες μετρήσεων για να διασφαλίσει ολοκληρωμένη κάλυψη, διατηρώντας παράλληλα την ποιότητα και την αποτελεσματικότητα των μετρήσεων. Οι διαδικασίες συλλογής δεδομένων πρέπει να προσαρμόζονται σε ποικίλες συνθήκες πρόσβασης και διαμορφώσεις εξοπλισμού.

Η επαναληψιμότητα της τοποθέτησης του αισθητήρα διασφαλίζει τη συνέπεια των μετρήσεων μεταξύ διαδοχικών συνεδριών συλλογής δεδομένων. Οι μόνιμοι πείροι στήριξης παρέχουν βέλτιστη επαναληψιμότητα, αλλά ενδέχεται να μην είναι πρακτικοί για όλες τις θέσεις μέτρησης. Οι μέθοδοι προσωρινής στήριξης απαιτούν προσεκτική τεκμηρίωση και βοηθήματα τοποθέτησης.

Οι παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη για τον χρόνο μέτρησης περιλαμβάνουν τον επαρκή χρόνο καθίζησης μετά την εγκατάσταση του αισθητήρα, την επαρκή διάρκεια μέτρησης για στατιστική ακρίβεια και τον συντονισμό με τα χρονοδιαγράμματα λειτουργίας του εξοπλισμού. Οι βιαστικές μετρήσεις συχνά παράγουν αναξιόπιστα αποτελέσματα που περιπλέκουν την διαγνωστική ερμηνεία.

Η τεκμηρίωση των περιβαλλοντικών συνθηκών περιλαμβάνει τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, την υγρασία και τα επίπεδα ακουστικού υποβάθρου που ενδέχεται να επηρεάσουν την ποιότητα ή την ερμηνεία των μετρήσεων. Οι ακραίες συνθήκες ενδέχεται να απαιτούν αναβολή των μετρήσεων ή τροποποιήσεις των παραμέτρων.

Η αξιολόγηση ποιότητας σε πραγματικό χρόνο περιλαμβάνει την παρακολούθηση των χαρακτηριστικών του σήματος κατά τη λήψη δεδομένων, για τον εντοπισμό προβλημάτων μέτρησης πριν από την ολοκλήρωση της συλλογής δεδομένων. Οι σύγχρονοι αναλυτές παρέχουν φασματικές απεικονίσεις και στατιστικά στοιχεία σήματος που επιτρέπουν την άμεση αξιολόγηση της ποιότητας.

Ακουστική παρακολούθηση και μέτρηση θερμοκρασίας

Η παρακολούθηση ακουστικών εκπομπών συμπληρώνει την ανάλυση κραδασμών ανιχνεύοντας κύματα τάσης υψηλής συχνότητας που παράγονται από τη διάδοση ρωγμών, την τριβή και τα φαινόμενα πρόσκρουσης. Αυτές οι μετρήσεις παρέχουν έγκαιρη προειδοποίηση για την ανάπτυξη προβλημάτων που ενδέχεται να μην παράγουν ακόμη μετρήσιμες αλλαγές κραδασμών.

Οι συσκευές υπερηχητικής ακρόασης επιτρέπουν την ακουστική παρακολούθηση της κατάστασης των ρουλεμάν μέσω τεχνικών μετατόπισης συχνότητας που μετατρέπουν τις υπερηχητικές εκπομπές σε ακουστικές συχνότητες. Οι έμπειροι τεχνικοί μπορούν να εντοπίσουν χαρακτηριστικούς ήχους που σχετίζονται με συγκεκριμένους τύπους σφαλμάτων.

Οι μετρήσεις θερμοκρασίας παρέχουν απαραίτητες πληροφορίες σχετικά με τη θερμική κατάσταση των εξαρτημάτων και βοηθούν στην επικύρωση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης κραδασμών. Η παρακολούθηση της θερμοκρασίας των ρουλεμάν αποκαλύπτει προβλήματα λίπανσης και συνθήκες φόρτισης που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά των κραδασμών.

Η υπέρυθρη θερμογραφία επιτρέπει τη μέτρηση της θερμοκρασίας χωρίς επαφή και τον εντοπισμό θερμικών μοτίβων που υποδεικνύουν μηχανικά προβλήματα. Τα θερμά σημεία μπορεί να υποδηλώνουν προβλήματα τριβής, κακής ευθυγράμμισης ή λίπανσης που απαιτούν άμεση αντιμετώπιση.

Η ανάλυση τάσης θερμοκρασίας σε συνδυασμό με την ανάλυση τάσης κραδασμών παρέχει ολοκληρωμένη αξιολόγηση της κατάστασης των εξαρτημάτων και των ρυθμών υποβάθμισης. Οι ταυτόχρονες αυξήσεις στη θερμοκρασία και τους κραδασμούς συχνά υποδηλώνουν επιταχυνόμενες διαδικασίες φθοράς που απαιτούν άμεση δράση συντήρησης.

Επαλήθευση Ποιότητας Δεδομένων και Εντοπισμός Σφάλματος

Η επαλήθευση της ποιότητας των μετρήσεων περιλαμβάνει συστηματική αξιολόγηση των δεδομένων που αποκτήθηκαν για τον εντοπισμό πιθανών σφαλμάτων ή ανωμαλιών που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε λανθασμένα διαγνωστικά συμπεράσματα. Οι διαδικασίες ποιοτικού ελέγχου θα πρέπει να εφαρμόζονται αμέσως μετά τη συλλογή των δεδομένων, όσο οι συνθήκες μέτρησης παραμένουν νωπές στη μνήμη.

Οι δείκτες ποιότητας της φασματικής ανάλυσης περιλαμβάνουν κατάλληλα όρια θορύβου, απουσία εμφανών τεχνουργημάτων ψευδωνυμοποίησης και εύλογο περιεχόμενο συχνότητας σε σχέση με γνωστές πηγές διέγερσης. Οι φασματικές κορυφές θα πρέπει να ευθυγραμμίζονται με τις αναμενόμενες συχνότητες με βάση τις ταχύτητες περιστροφής και τη γεωμετρία των εξαρτημάτων.

Η επιθεώρηση κυματομορφής χρόνου αποκαλύπτει χαρακτηριστικά σήματος που μπορεί να μην είναι εμφανή στην ανάλυση πεδίου συχνότητας. Η αποκοπή, οι μετατοπίσεις DC και οι περιοδικές ανωμαλίες υποδεικνύουν προβλήματα του συστήματος μέτρησης που απαιτούν διόρθωση πριν από την ανάλυση δεδομένων.

Η επαλήθευση επαναληψιμότητας περιλαμβάνει τη συλλογή πολλαπλών μετρήσεων υπό πανομοιότυπες συνθήκες για την αξιολόγηση της συνέπειας των μετρήσεων. Η υπερβολική μεταβλητότητα υποδηλώνει ασταθείς συνθήκες λειτουργίας ή προβλήματα στο σύστημα μέτρησης.

Η ιστορική σύγκριση παρέχει το πλαίσιο για την αξιολόγηση των τρεχουσών μετρήσεων σε σχέση με προηγούμενα δεδομένα από τα ίδια σημεία μέτρησης. Οι ξαφνικές αλλαγές μπορεί να υποδηλώνουν γνήσια προβλήματα εξοπλισμού ή σφάλματα μέτρησης που απαιτούν διερεύνηση.

2.3.1.7. Πρακτική αξιολόγηση της κατάστασης των ρουλεμάν χρησιμοποιώντας πρωτογενή δεδομένα μετρήσεων

Ανάλυση Σφάλματος Μέτρησης και Επικύρωση Δεδομένων

Τα αξιόπιστα διαγνωστικά ρουλεμάν απαιτούν συστηματική αναγνώριση και εξάλειψη σφαλμάτων μέτρησης που μπορούν να καλύψουν γνήσιες υπογραφές σφάλματος ή να δημιουργήσουν ψευδείς ενδείξεις. Η ανάλυση σφαλμάτων ξεκινά αμέσως μετά τη συλλογή δεδομένων, ενώ οι συνθήκες και οι διαδικασίες μέτρησης παραμένουν σαφείς στη μνήμη.

Η επικύρωση της φασματικής ανάλυσης περιλαμβάνει την εξέταση των χαρακτηριστικών του πεδίου συχνότητας για συνέπεια με γνωστές πηγές διέγερσης και δυνατότητες του συστήματος μέτρησης. Οι γνήσιες υπογραφές ελαττωμάτων ρουλεμάν παρουσιάζουν συγκεκριμένες σχέσεις συχνότητας και αρμονικά μοτίβα που τις διαφοροποιούν από τα αντικείμενα μέτρησης.

Η ανάλυση στο πεδίο του χρόνου αποκαλύπτει χαρακτηριστικά σήματος που μπορεί να υποδηλώνουν προβλήματα μέτρησης, όπως αποκοπή, ηλεκτρικές παρεμβολές και μηχανικές διαταραχές. Τα σήματα ελαττωμάτων ρουλεμάν συνήθως εμφανίζουν παλμικά χαρακτηριστικά με υψηλούς παράγοντες κορυφής και περιοδικά μοτίβα πλάτους.

Η ανάλυση ιστορικών τάσεων παρέχει ουσιαστικό πλαίσιο για την αξιολόγηση των τρεχουσών μετρήσεων σε σχέση με προηγούμενα δεδομένα από πανομοιότυπες τοποθεσίες μέτρησης. Οι σταδιακές αλλαγές υποδηλώνουν πραγματική υποβάθμιση του εξοπλισμού, ενώ οι ξαφνικές αλλαγές μπορεί να υποδηλώνουν σφάλματα μέτρησης ή εξωτερικές επιδράσεις.

Η διακαναλική επαλήθευση περιλαμβάνει τη σύγκριση μετρήσεων από πολλαπλούς αισθητήρες στο ίδιο εξάρτημα για τον εντοπισμό της κατευθυντικής ευαισθησίας και την επιβεβαίωση της παρουσίας σφάλματος. Τα ελαττώματα των ρουλεμάν συνήθως επηρεάζουν πολλαπλές κατευθύνσεις μέτρησης, διατηρώντας παράλληλα τις χαρακτηριστικές σχέσεις συχνότητας.

Η αξιολόγηση των περιβαλλοντικών παραγόντων λαμβάνει υπόψη εξωτερικές επιρροές, όπως οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, οι αλλαγές φορτίου και το ακουστικό υπόβαθρο, που ενδέχεται να επηρεάσουν την ποιότητα ή την ερμηνεία των μετρήσεων. Η συσχέτιση μεταξύ των περιβαλλοντικών συνθηκών και των χαρακτηριστικών των κραδασμών παρέχει πολύτιμες διαγνωστικές πληροφορίες.

Επαλήθευση Ταχύτητας Περιστροφής Μέσω Φασματικής Ανάλυσης

Ο ακριβής προσδιορισμός της ταχύτητας περιστροφής παρέχει τη βάση για όλους τους υπολογισμούς συχνότητας σφαλμάτων ρουλεμάν και τη διαγνωστική ερμηνεία. Η φασματική ανάλυση προσφέρει πολλαπλές προσεγγίσεις για την επαλήθευση ταχύτητας που συμπληρώνουν τις άμεσες μετρήσεις του ταχομέτρου.

Η αναγνώριση θεμελιωδών συχνοτήτων περιλαμβάνει τον εντοπισμό φασματικών κορυφών που αντιστοιχούν στη συχνότητα περιστροφής του άξονα, οι οποίες θα πρέπει να εμφανίζονται εμφανώς στα περισσότερα φάσματα περιστρεφόμενων μηχανημάτων λόγω υπολειπόμενης ανισορροπίας ή ελαφράς κακής ευθυγράμμισης. Η θεμελιώδης συχνότητα παρέχει τη βασική αναφορά για όλους τους υπολογισμούς συχνότητας αρμονικών και ρουλεμάν.

Η ανάλυση αρμονικών διαγραμμάτων εξετάζει τη σχέση μεταξύ της θεμελιώδους συχνότητας και των αρμονικών της για να επιβεβαιώσει την ακρίβεια της ταχύτητας και να εντοπίσει πρόσθετα μηχανικά προβλήματα. Η καθαρή περιστροφική ανισορροπία παράγει κυρίως ταλαντώσεις θεμελιώδους συχνότητας, ενώ τα μηχανικά προβλήματα δημιουργούν υψηλότερες αρμονικές.

Η ηλεκτρομαγνητική αναγνώριση συχνότητας σε εφαρμογές κινητήρων αποκαλύπτει συνιστώσες συχνότητας γραμμής και συχνότητες διέλευσης σχισμών που παρέχουν ανεξάρτητη επαλήθευση ταχύτητας. Αυτές οι συχνότητες διατηρούν σταθερές σχέσεις με τη συχνότητα ηλεκτρικής τροφοδοσίας και τις παραμέτρους σχεδιασμού του κινητήρα.

Η αναγνώριση συχνότητας πλέγματος γραναζιών σε συστήματα με γρανάζια παρέχει εξαιρετικά ακριβή προσδιορισμό ταχύτητας μέσω της σχέσης μεταξύ της συχνότητας πλέγματος και της ταχύτητας περιστροφής. Οι συχνότητες πλέγματος γραναζιών συνήθως παράγουν εμφανείς φασματικές κορυφές με εξαιρετικές αναλογίες σήματος προς θόρυβο.

Η αξιολόγηση της διακύμανσης της ταχύτητας εξετάζει την ευκρίνεια της φασματικής κορυφής και τη δομή της πλευρικής ζώνης για να αξιολογήσει τη σταθερότητα της ταχύτητας κατά τη λήψη των μετρήσεων. Η αστάθεια της ταχύτητας δημιουργεί φασματική κηλίδωση και δημιουργία πλευρικής ζώνης που μειώνει την ακρίβεια της ανάλυσης και μπορεί να καλύψει τις υπογραφές ελαττωμάτων των ρουλεμάν.

Υπολογισμός και αναγνώριση συχνότητας ελαττωμάτων ρουλεμάν

Οι υπολογισμοί συχνότητας ελαττωμάτων ρουλεμάν απαιτούν ακριβή δεδομένα γεωμετρίας ρουλεμάν και ακριβείς πληροφορίες για την ταχύτητα περιστροφής. Αυτοί οι υπολογισμοί παρέχουν θεωρητικές συχνότητες που χρησιμεύουν ως πρότυπα για τον εντοπισμό πραγματικών υπογραφών ελαττωμάτων ρουλεμάν σε μετρούμενα φάσματα.

Η συχνότητα διέλευσης μπάλας (BPFO) αντιπροσωπεύει τον ρυθμό με τον οποίο τα κυλινδρικά στοιχεία αντιμετωπίζουν ελαττώματα στην εξωτερική αυλάκωση. Αυτή η συχνότητα κυμαίνεται συνήθως από 0,4 έως 0,6 φορές τη συχνότητα περιστροφής, ανάλογα με τη γεωμετρία του ρουλεμάν και τα χαρακτηριστικά της γωνίας επαφής.

Η εσωτερική αυλάκωση συχνότητας διέλευσης μπάλας (BPFI) υποδεικνύει τον ρυθμό επαφής του κυλιόμενου στοιχείου με τα ελαττώματα της εσωτερικής αυλάκωσης. Η BPFI συνήθως υπερβαίνει την BPFO κατά 20-40% και μπορεί να εμφανίσει διαμόρφωση πλάτους στη συχνότητα περιστροφής λόγω των επιδράσεων της ζώνης φορτίου.

Η θεμελιώδης συχνότητα συρμού (FTF) αντιπροσωπεύει τη συχνότητα περιστροφής του κλωβού και συνήθως ισούται με 0,35-0,45 φορές τη συχνότητα περιστροφής του άξονα. Ελαττώματα του κλωβού ή προβλήματα λίπανσης ενδέχεται να προκαλέσουν κραδασμούς στο FTF και στις αρμονικές του.

Η Συχνότητα Περιστροφής Μπάλας (BSF) υποδεικνύει τη συχνότητα περιστροφής μεμονωμένων στοιχείων κύλισης και σπάνια εμφανίζεται στα φάσματα ταλάντωσης, εκτός εάν τα στοιχεία κύλισης παρουσιάζουν συγκεκριμένα ελαττώματα ή διαστατικές διακυμάνσεις. Η αναγνώριση των BSF απαιτεί προσεκτική ανάλυση λόγω του συνήθως χαμηλού πλάτους τους.

Οι παράμετροι ανοχής συχνότητας λαμβάνουν υπόψη τις κατασκευαστικές διακυμάνσεις, τις επιδράσεις στο φορτίο και τις αβεβαιότητες μέτρησης που μπορεί να προκαλέσουν απόκλιση στις πραγματικές συχνότητες ελαττωμάτων από τους θεωρητικούς υπολογισμούς. Τα εύρη ζώνης αναζήτησης ±5% γύρω από τις υπολογιζόμενες συχνότητες λαμβάνουν υπόψη αυτές τις διακυμάνσεις.

Φασματική Αναγνώριση Προτύπων και Αναγνώριση Βλαβών

Η αναγνώριση σφαλμάτων ρουλεμάν απαιτεί συστηματικές τεχνικές αναγνώρισης προτύπων που διαφοροποιούν τις γνήσιες υπογραφές ελαττωμάτων ρουλεμάν από άλλες πηγές κραδασμών. Κάθε τύπος σφάλματος παράγει χαρακτηριστικά φασματικά πρότυπα που επιτρέπουν την ειδική διάγνωση όταν ερμηνεύονται σωστά.

Οι υπογραφές ελαττωμάτων εξωτερικού αυλακιού εμφανίζονται συνήθως ως διακριτές φασματικές κορυφές στο BPFO και τις αρμονικές του χωρίς σημαντική διαμόρφωση πλάτους. Η απουσία πλευρικών ζωνών περιστροφικής συχνότητας διακρίνει τα ελαττώματα εξωτερικού αυλακιού από τα προβλήματα εσωτερικού αυλακιού.

Οι υπογραφές ελαττωμάτων εσωτερικού δακτυλίου εμφανίζουν θεμελιώδη συχνότητα BPFI με πλευρικές ζώνες κατανεμημένες σε διαστήματα περιστροφικής συχνότητας. Αυτή η διαμόρφωση πλάτους προκύπτει από τις επιδράσεις της ζώνης φορτίου καθώς η ελαττωματική περιοχή περιστρέφεται υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου.

Υπογραφές ελαττωμάτων στοιχείων κύλισης μπορεί να εμφανιστούν στο BSF ή να δημιουργήσουν διαμόρφωση άλλων συχνοτήτων ρουλεμάν. Αυτά τα ελαττώματα συχνά παράγουν πολύπλοκα φασματικά μοτίβα που απαιτούν προσεκτική ανάλυση για να διακριθούν από τα ελαττώματα του κυλινδρικού στοιχείου.

Οι υπογραφές ελαττωμάτων κλωβού συνήθως εμφανίζονται στο FTF και στις αρμονικές του, συχνά συνοδευόμενες από αυξημένα επίπεδα θορύβου υποβάθρου και ασταθή χαρακτηριστικά πλάτους. Τα προβλήματα κλωβού μπορεί επίσης να διαμορφώνουν άλλες συχνότητες ρουλεμάν.

Υλοποίηση και Ερμηνεία Ανάλυσης Φακέλων

Η ανάλυση περιβλήματος εξάγει πληροφορίες διαμόρφωσης πλάτους από δονήσεις υψηλής συχνότητας για να αποκαλύψει μοτίβα ελαττωμάτων ρουλεμάν χαμηλής συχνότητας. Αυτή η τεχνική αποδεικνύεται ιδιαίτερα αποτελεσματική για την ανίχνευση ελαττωμάτων ρουλεμάν σε πρώιμο στάδιο που ενδέχεται να μην παράγουν μετρήσιμους κραδασμούς χαμηλής συχνότητας.

Η επιλογή ζώνης συχνοτήτων για την ανάλυση περιβλήματος απαιτεί τον προσδιορισμό των δομικών συντονισμών ή των φυσικών συχνοτήτων των εδράνων που διεγείρονται από τις δυνάμεις πρόσκρουσης των εδράνων. Οι βέλτιστες ζώνες συχνοτήτων κυμαίνονται συνήθως από 1000-8000 Hz ανάλογα με το μέγεθος του εδράνου και τα χαρακτηριστικά τοποθέτησης.

Οι παράμετροι σχεδιασμού του φίλτρου επηρεάζουν σημαντικά τα αποτελέσματα της ανάλυσης περιβλήματος. Τα φίλτρα διέλευσης ζώνης θα πρέπει να παρέχουν επαρκές εύρος ζώνης για την καταγραφή των χαρακτηριστικών συντονισμού, εξαιρώντας παράλληλα τους γειτονικούς συντονισμούς που ενδέχεται να μολύνουν τα αποτελέσματα. Τα χαρακτηριστικά κύλισης του φίλτρου επηρεάζουν την παροδική απόκριση και την ευαισθησία ανίχνευσης κρούσης.

Η ερμηνεία του φάσματος περιβλήματος ακολουθεί παρόμοιες αρχές με τη συμβατική φασματική ανάλυση, αλλά εστιάζει στις συχνότητες διαμόρφωσης και όχι στις συχνότητες φορέα. Οι συχνότητες ελαττωμάτων ρουλεμάν εμφανίζονται ως διακριτές κορυφές στα φάσματα περιβλήματος με πλάτη που υποδεικνύουν τη σοβαρότητα του ελαττώματος.

Η αξιολόγηση της ποιότητας της ανάλυσης περιβλήματος περιλαμβάνει την αξιολόγηση της επιλογής φίλτρου, των χαρακτηριστικών της ζώνης συχνοτήτων και των λόγων σήματος προς θόρυβο για την εξασφάλιση αξιόπιστων αποτελεσμάτων. Τα κακά αποτελέσματα της ανάλυσης περιβλήματος μπορεί να υποδηλώνουν ακατάλληλη επιλογή φίλτρου ή ανεπαρκή διέγερση δομικού συντονισμού.

Αξιολόγηση πλάτους και ταξινόμηση σοβαρότητας

Η αξιολόγηση της σοβαρότητας των ελαττωμάτων των ρουλεμάν απαιτεί συστηματική αξιολόγηση του εύρους των κραδασμών σε σχέση με τα καθιερωμένα κριτήρια και τις ιστορικές τάσεις. Η ταξινόμηση της σοβαρότητας επιτρέπει τον προγραμματισμό συντήρησης και την αξιολόγηση κινδύνου για τη συνεχή λειτουργία.

Τα κριτήρια απόλυτου πλάτους παρέχουν γενικές οδηγίες για την αξιολόγηση της κατάστασης των ρουλεμάν με βάση την εμπειρία και τα πρότυπα του κλάδου. Αυτά τα κριτήρια συνήθως καθορίζουν επίπεδα συναγερμού και συναγερμού για τη συνολική δόνηση και τις συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων.

Η ανάλυση τάσεων αξιολογεί τις αλλαγές πλάτους με την πάροδο του χρόνου για να αξιολογήσει τους ρυθμούς υποβάθμισης και να προβλέψει την υπολειπόμενη ωφέλιμη ζωή. Η εκθετική αύξηση του πλάτους συχνά υποδηλώνει επιταχυνόμενη ζημιά που απαιτεί άμεση δράση συντήρησης.

Η συγκριτική ανάλυση αξιολογεί την κατάσταση των ρουλεμάν σε σχέση με παρόμοια ρουλεμάν σε πανομοιότυπες εφαρμογές, ώστε να λαμβάνονται υπόψη οι συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά εγκατάστασης. Αυτή η προσέγγιση παρέχει ακριβέστερη αξιολόγηση της σοβαρότητας σε σχέση με τα απόλυτα κριτήρια μόνο.

Η ενσωμάτωση πολλαπλών παραμέτρων συνδυάζει πληροφορίες από τα συνολικά επίπεδα κραδασμών, τις συγκεκριμένες συχνότητες ελαττωμάτων, τα αποτελέσματα της ανάλυσης περιβλήματος και τις μετρήσεις θερμοκρασίας για να παρέχει ολοκληρωμένη αξιολόγηση των ρουλεμάν. Η ανάλυση μίας παραμέτρου μπορεί να παρέχει ελλιπείς ή παραπλανητικές πληροφορίες.

Επιδράσεις Ζώνης Φόρτισης και Ανάλυση Προτύπων Διαμόρφωσης

Η κατανομή φορτίου στα ρουλεμάν επηρεάζει σημαντικά τις υπογραφές κραδασμών και την ερμηνεία των διαγνωστικών. Τα φαινόμενα ζώνης φορτίου δημιουργούν μοτίβα διαμόρφωσης πλάτους που παρέχουν πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση των ρουλεμάν και τα χαρακτηριστικά φόρτισης.

Η διαμόρφωση ελαττωμάτων εσωτερικού δακτυλίου συμβαίνει καθώς οι περιοχές ελαττωμάτων περιστρέφονται μέσω ποικίλων ζωνών φορτίου κατά τη διάρκεια κάθε περιστροφής. Η μέγιστη διαμόρφωση συμβαίνει όταν τα ελαττώματα ευθυγραμμίζονται με τις θέσεις μέγιστου φορτίου, ενώ η ελάχιστη διαμόρφωση αντιστοιχεί σε θέσεις χωρίς φορτίο.

Η αναγνώριση ζώνης φόρτισης μέσω ανάλυσης διαμόρφωσης αποκαλύπτει μοτίβα φόρτισης εδράνων και μπορεί να υποδηλώνει κακή ευθυγράμμιση, προβλήματα θεμελίωσης ή ανώμαλη κατανομή φορτίου. Τα ασύμμετρα μοτίβα διαμόρφωσης υποδηλώνουν μη ομοιόμορφες συνθήκες φόρτισης.

Η ανάλυση πλευρικής ζώνης εξετάζει τα στοιχεία συχνότητας που περιβάλλουν τις συχνότητες ελαττωμάτων των ρουλεμάν για να ποσοτικοποιήσει το βάθος διαμόρφωσης και να εντοπίσει τις πηγές διαμόρφωσης. Οι πλευρικές ζώνες περιστροφικής συχνότητας υποδεικνύουν επιδράσεις ζώνης φορτίου, ενώ άλλες συχνότητες πλευρικής ζώνης μπορεί να αποκαλύψουν πρόσθετα προβλήματα.

Η ανάλυση φάσης των μοτίβων διαμόρφωσης παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη θέση των ελαττωμάτων σε σχέση με τις ζώνες φορτίου και μπορεί να βοηθήσει στην πρόβλεψη των μοτίβων εξέλιξης της ζημιάς. Οι προηγμένες τεχνικές ανάλυσης μπορούν να εκτιμήσουν την υπολειπόμενη διάρκεια ζωής των ρουλεμάν με βάση τα χαρακτηριστικά διαμόρφωσης.

Ενσωμάτωση με Συμπληρωματικές Διαγνωστικές Τεχνικές

Η ολοκληρωμένη αξιολόγηση των ρουλεμάν ενσωματώνει την ανάλυση των κραδασμών με συμπληρωματικές διαγνωστικές τεχνικές για τη βελτίωση της ακρίβειας και τη μείωση των ποσοστών ψευδών συναγερμών. Πολλαπλές διαγνωστικές προσεγγίσεις παρέχουν επιβεβαίωση της αναγνώρισης του προβλήματος και βελτιωμένη αξιολόγηση της σοβαρότητάς του.

Η ανάλυση λαδιού αποκαλύπτει σωματίδια φθοράς ρουλεμάν, επίπεδα μόλυνσης και υποβάθμιση του λιπαντικού που συσχετίζονται με τα αποτελέσματα της ανάλυσης κραδασμών. Η αύξηση των συγκεντρώσεων σωματιδίων φθοράς συχνά προηγείται των ανιχνεύσιμων αλλαγών στους κραδασμούς κατά αρκετές εβδομάδες.

Η παρακολούθηση θερμοκρασίας παρέχει ένδειξη σε πραγματικό χρόνο της θερμικής κατάστασης των ρουλεμάν και των επιπέδων τριβής. Οι αυξήσεις της θερμοκρασίας συχνά συνοδεύουν την αύξηση των κραδασμών κατά τη διάρκεια των διεργασιών φθοράς των ρουλεμάν.

Η παρακολούθηση ακουστικών εκπομπών ανιχνεύει κύματα τάσης υψηλής συχνότητας από τη διάδοση ρωγμών και φαινόμενα επαφής με την επιφάνεια, τα οποία μπορεί να προηγούνται των συμβατικών υπογραφών κραδασμών. Αυτή η τεχνική παρέχει την ταχύτερη δυνατή δυνατότητα ανίχνευσης σφαλμάτων.

Η παρακολούθηση της απόδοσης αξιολογεί τις επιπτώσεις των ρουλεμάν στη λειτουργία του συστήματος, συμπεριλαμβανομένων των αλλαγών στην απόδοση, των διακυμάνσεων στην κατανομή φορτίου και της λειτουργικής σταθερότητας. Η υποβάθμιση της απόδοσης μπορεί να υποδηλώνει προβλήματα στα ρουλεμάν που απαιτούν διερεύνηση, ακόμη και όταν τα επίπεδα κραδασμών παραμένουν αποδεκτά.

Απαιτήσεις Τεκμηρίωσης και Αναφοράς

Η αποτελεσματική διάγνωση ρουλεμάν απαιτεί ολοκληρωμένη τεκμηρίωση των διαδικασιών μέτρησης, των αποτελεσμάτων ανάλυσης και των συστάσεων συντήρησης για την υποστήριξη της λήψης αποφάσεων και την παροχή ιστορικών αρχείων για την ανάλυση τάσεων.

Η τεκμηρίωση των μετρήσεων περιλαμβάνει τη διαμόρφωση του εξοπλισμού, τις περιβαλλοντικές συνθήκες, τις παραμέτρους λειτουργίας και τα αποτελέσματα της αξιολόγησης ποιότητας. Αυτές οι πληροφορίες επιτρέπουν την επαναληψιμότητα των μελλοντικών μετρήσεων και παρέχουν το πλαίσιο για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων.

Η τεκμηρίωση ανάλυσης καταγράφει τις διαδικασίες υπολογισμού, τις μεθόδους αναγνώρισης συχνότητας και τη διαγνωστική συλλογιστική για την υποστήριξη των συμπερασμάτων και την ενεργοποίηση της αξιολόγησης από ομοτίμους. Η λεπτομερής τεκμηρίωση διευκολύνει τη μεταφορά γνώσης και τις δραστηριότητες κατάρτισης.

Η τεκμηρίωση των συστάσεων παρέχει σαφείς οδηγίες συντήρησης, συμπεριλαμβανομένης της ταξινόμησης του επείγοντος, των προτεινόμενων διαδικασιών επισκευής και των απαιτήσεων παρακολούθησης. Οι συστάσεις θα πρέπει να περιλαμβάνουν επαρκή τεχνική αιτιολόγηση για την υποστήριξη των αποφάσεων σχεδιασμού συντήρησης.

Η διατήρηση ιστορικών βάσεων δεδομένων διασφαλίζει ότι τα αποτελέσματα των μετρήσεων και των αναλύσεων παραμένουν προσβάσιμα για ανάλυση τάσεων και συγκριτικές μελέτες. Η σωστή οργάνωση της βάσης δεδομένων διευκολύνει την ανάλυση σε ολόκληρο τον στόλο και τον εντοπισμό κοινών προβλημάτων σε παρόμοιο εξοπλισμό.

Συμπέρασμα

Η διαγνωστική κραδασμών σε εξαρτήματα σιδηροδρομικών ατμομηχανών αντιπροσωπεύει έναν εξελιγμένο κλάδο της μηχανικής που συνδυάζει θεμελιώδεις μηχανικές αρχές με προηγμένες τεχνολογίες μέτρησης και ανάλυσης. Αυτός ο ολοκληρωμένος οδηγός έχει διερευνήσει τα βασικά στοιχεία που απαιτούνται για την αποτελεσματική εφαρμογή της παρακολούθησης της κατάστασης με βάση τους κραδασμούς στις εργασίες συντήρησης ατμομηχανών.

Η βάση της επιτυχημένης διάγνωσης κραδασμών βασίζεται στην εις βάθος κατανόηση των ταλαντωτικών φαινομένων σε περιστρεφόμενα μηχανήματα και στα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των μπλοκ κινητήρων τροχών (WMB), των μπλοκ τροχών-γραναζιών (WGB) και των βοηθητικών μηχανημάτων (AM). Κάθε τύπος εξαρτήματος παρουσιάζει μοναδικές υπογραφές κραδασμών που απαιτούν εξειδικευμένες προσεγγίσεις ανάλυσης και τεχνικές ερμηνείας.

Τα σύγχρονα διαγνωστικά συστήματα παρέχουν ισχυρές δυνατότητες για την έγκαιρη ανίχνευση σφαλμάτων και την αξιολόγηση της σοβαρότητάς τους, αλλά η αποτελεσματικότητά τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ορθή εφαρμογή, τον έλεγχο της ποιότητας των μετρήσεων και την επιδέξια ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Η ενσωμάτωση πολλαπλών διαγνωστικών τεχνικών ενισχύει την αξιοπιστία και μειώνει τα ποσοστά ψευδών συναγερμών, παρέχοντας παράλληλα ολοκληρωμένη αξιολόγηση της κατάστασης των εξαρτημάτων.

Η συνεχής πρόοδος στην τεχνολογία αισθητήρων, τους αλγόριθμους ανάλυσης και τις δυνατότητες ενσωμάτωσης δεδομένων υπόσχεται περαιτέρω βελτιώσεις στην ακρίβεια διάγνωσης και την επιχειρησιακή αποτελεσματικότητα. Οι οργανισμοί συντήρησης σιδηροδρόμων που επενδύουν σε ολοκληρωμένες δυνατότητες διάγνωσης κραδασμών θα αποκομίσουν σημαντικά οφέλη μέσω της μείωσης των απρογραμμάτιστων βλαβών, του βελτιστοποιημένου προγραμματισμού συντήρησης και της βελτιωμένης επιχειρησιακής ασφάλειας.

Η επιτυχής εφαρμογή της διάγνωσης κραδασμών απαιτεί συνεχή δέσμευση στην εκπαίδευση, την τεχνολογική πρόοδο και τις διαδικασίες διασφάλισης ποιότητας. Καθώς τα σιδηροδρομικά συστήματα συνεχίζουν να εξελίσσονται προς υψηλότερες ταχύτητες και μεγαλύτερες απαιτήσεις αξιοπιστίας, η διάγνωση κραδασμών θα διαδραματίζει ολοένα και πιο κρίσιμο ρόλο στη διατήρηση της ασφαλούς και αποτελεσματικής λειτουργίας των ατμομηχανών.