Raudteel vedurikomponentide vibratsioonidiagnostika: põhjalik juhend remondiinseneridele

2.3.1.1. Vibratsiooni põhitõed: võnkejõud ja vibratsioon pöörlevates seadmetes

Mehaanilise vibratsiooni põhiprintsiibid

Mehaaniline vibratsioon kujutab endast mehaaniliste süsteemide võnkuvat liikumist nende tasakaaluasendite ümber. Vedurikomponentidega töötavad insenerid peavad mõistma, et vibratsioon avaldub kolmes põhiparameetris: nihe, kiirus ja kiirendus. Iga parameeter annab ainulaadse ülevaate seadmete seisukorrast ja tööomadustest.

Vibratsiooni nihe mõõdab komponendi tegelikku füüsilist liikumist selle puhkeasendist. See parameeter osutub eriti väärtuslikuks pöörlevate masinate tasakaalustamatuse ja vundamendiprobleemide korral tavaliselt esinevate madalsageduslike vibratsioonide analüüsimisel. Nihke amplituud korreleerub otseselt laagripindade ja sidurikomponentide kulumismustritega.

Vibratsiooni kiirus kujutab nihke muutumise kiirust ajas. See parameeter näitab erakordset tundlikkust mehaaniliste rikete suhtes laias sagedusvahemikus, muutes selle tööstusliku vibratsiooni jälgimise kõige laialdasemalt kasutatavaks parameetriks. Kiiruse mõõtmised tuvastavad tõhusalt käigukastides, mootorilaagrites ja sidurisüsteemides tekkivaid rikkeid enne, kui need jõuavad kriitilisse staadiumisse.

Vibratsioonikiirendus mõõdab kiiruse muutumise kiirust ajas. Kõrgsageduslikud kiirenduse mõõtmised on suurepärased laagrite defektide, hammasrataste hammaste kahjustuste ja löökidega seotud nähtuste tuvastamisel varajases staadiumis. Kiirendusparameeter muutub üha olulisemaks kiirete abimasinate jälgimisel ja löökkoormuste tuvastamisel.

Perioodi ja sageduse karakteristikud

Periood (T) tähistab aega, mis kulub ühe täieliku võnketsükli jaoks, samas kui sagedus (f) näitab ajaühikus toimuvate tsüklite arvu. Need parameetrid loovad aluse kõigile veduridiagnostikas kasutatavatele vibratsioonianalüüsi tehnikatele.

Raudteel töötavate vedurikomponentide sagedusvahemikud on väga erinevad. Rattapaari pöörlemissagedused on normaalse töö ajal tavaliselt vahemikus 5–50 Hz, samas kui hammasrataste hambumissagedused on vahemikus 200–2000 Hz, olenevalt ülekandearvudest ja pöörlemiskiirustest. Laagridefektide sagedused esinevad sageli vahemikus 500–5000 Hz, mis nõuab spetsiaalseid mõõtmistehnikaid ja analüüsimeetodeid.

Absoluutse ja suhtelise vibratsiooni mõõtmised

Absoluutse vibratsiooni mõõtmised viitavad vibratsiooni amplituudile fikseeritud koordinaatsüsteemis, tavaliselt maapinnal või inertsiaalses tugiraamistikus. Seismilised kiirendusmõõturid ja kiirusandurid pakuvad absoluutseid mõõtmisi, kasutades sisemisi inertsiaalseid masse, mis jäävad paigale, kui anduri korpus liigub koos jälgitava komponendiga.

Suhtelise vibratsiooni mõõtmised võrdlevad ühe komponendi vibratsiooni teise liikuva komponendi vibratsiooniga. Laagrikorpustele paigaldatud lähedusandurid mõõdavad võlli vibratsiooni laagri suhtes, andes olulist teavet rootori dünaamika, soojuspaisumise ja laagri kliirensi muutuste kohta.

Vedurirakendustes kasutavad insenerid enamiku diagnostiliste protseduuride jaoks tavaliselt absoluutmõõtmisi, kuna need annavad põhjalikku teavet komponentide liikumise kohta ja suudavad tuvastada nii mehaanilisi kui ka konstruktsioonilisi probleeme. Suhtelised mõõtmised on olulised suurte pöörlevate masinate analüüsimisel, kus võlli liikumine laagrite suhtes viitab sisemise kliirensi probleemidele või rootori ebastabiilsusele.

Lineaarsed ja logaritmilised mõõtühikud

Lineaarsed mõõtühikud väljendavad vibratsiooni amplituude otseste füüsikaliste suurustena, näiteks millimeetrites (mm) nihke, millimeetrites sekundis (mm/s) kiiruse ja meetrites sekundis ruudus (m/s²) kiirenduse jaoks. Need ühikud hõlbustavad otsest seost füüsikaliste nähtustega ja annavad vibratsiooni tugevuse intuitiivse mõistmise.

Logaritmilised ühikud, eriti detsibellid (dB), suruvad laiad dünaamilised vahemikud kokku hallatavatesse skaaladesse. Detsibellide skaala osutub eriti väärtuslikuks lairiba vibratsioonispektrite analüüsimisel, kus amplituudi variatsioonid ulatuvad mitme suurusjärguni. Paljud tänapäevased vibratsioonianalüsaatorid pakuvad nii lineaarseid kui ka logaritmilisi kuvamisvõimalusi, et rahuldada erinevaid analüüsivajadusi.

Rahvusvahelised standardid ja regulatiivne raamistik

Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon (ISO) kehtestab vibratsiooni mõõtmise ja analüüsi jaoks ülemaailmselt tunnustatud standardid. ISO 10816 seeria määratleb vibratsiooni tugevuse kriteeriumid erinevate masinaklasside jaoks, samas kui ISO 13373 käsitleb seisundi jälgimise ja diagnostika protseduure.

Raudteerakenduste puhul peavad insenerid arvestama spetsiifiliste standarditega, mis käsitlevad ainulaadseid töökeskkondi. ISO 14837-1 annab raudteesüsteemidele maapinnal leviva vibratsiooni juhised, samas kui EN 15313 kehtestab raudteerakenduste spetsifikatsioonid rattapaari ja pöördvankri raami konstruktsioonile, võttes arvesse vibratsiooni.

Venemaa GOST-i standardid täiendavad rahvusvahelisi nõudeid piirkondlike sätetega. GOST 25275 määratleb pöörlevate masinate vibratsiooni mõõtmise protseduurid, samas kui GOST R 52161 käsitleb raudteeveeremi vibratsioonikatsete nõudeid.

Vibratsioonisignaalide klassifikatsioonid

Perioodiline vibratsioon kordab identseid mustreid regulaarsete ajavahemike järel. Pöörlevad masinad tekitavad valdavalt perioodilisi vibratsioonisignaale, mis on seotud pöörlemiskiiruste, hammasrataste hambumissageduste ja laagrielementide liikumisteedega. Need ennustatavad mustrid võimaldavad rikete täpset tuvastamist ja raskusastme hindamist.

Juhuslik vibratsioon omab pigem statistilisi kui deterministlikke omadusi. Hõõrdumisest tingitud vibratsioon, turbulentne voolumüra ja tee/raudtee vastastikmõju tekitavad juhuslikke vibratsioonikomponente, mille korrektseks tõlgendamiseks on vaja statistilise analüüsi tehnikaid.

Mööduv vibratsioon toimub piiratud kestusega isoleeritud sündmustena. Löögikoormused, hammasratta hammaste haardumine ja laagrielementide löögid tekitavad mööduvaid vibratsiooni signaale, mis nõuavad spetsiaalseid analüüsitehnikaid, näiteks ajasünkroonset keskmistamist ja mähisjoone analüüsi.

Vibratsiooni amplituudi kirjeldused

Insenerid kasutavad vibratsioonisignaalide efektiivseks iseloomustamiseks mitmesuguseid amplituudikirjeldusi. Iga kirjeldus annab ainulaadse ülevaate vibratsiooni omadustest ja rikete arengumustritest.

Tipp-amplituud tähistab mõõtmisperioodi jooksul esinevat maksimaalset hetkeväärtust. See parameeter tuvastab tõhusalt löögitüüpi sündmusi ja šokkkoormusi, kuid ei pruugi täpselt esindada pidevat vibratsioonitaset.

Ruutkeskmine (RMS) amplituud annab vibratsioonisignaali efektiivse energiasisalduse. RMS-väärtused korreleeruvad hästi masina kulumiskiiruse ja energia hajumisega, muutes selle parameetri ideaalseks trendianalüüsiks ja raskusastme hindamiseks.

Keskmine amplituud tähistab absoluutsete amplituudiväärtuste aritmeetilist keskmist mõõtmisperioodi jooksul. See parameeter pakub head korrelatsiooni pinnaviimistluse ja kulumisomadustega, kuid võib alahinnata vahelduvate vigade tunnuseid.

Tipp-tipp amplituud mõõdab maksimaalse positiivse ja negatiivse amplituudi väärtuste vahelist koguhälvet. See parameeter osutub väärtuslikuks kliirensiga seotud probleemide hindamisel ja mehaanilise lõtvuse tuvastamisel.

Harifaktor tähistab tipp-amplituudi ja RMS-amplituudi suhet, andes ülevaate signaali omadustest. Madalad amplituuditegurid (1,4–2,0) viitavad valdavalt sinusoidaalsele vibratsioonile, samas kui kõrged amplituuditegurid (>4,0) viitavad impulsiivsele või löögitüüpi käitumisele, mis on iseloomulik laagrivigade tekkele.

Vibratsiooniandurite tehnoloogiad ja paigaldusmeetodid

Kiirendusmõõturid on vedurirakendustes kõige mitmekülgsemad vibratsiooniandurid. Piesoelektrilised kiirendusmõõturid genereerivad rakendatud kiirendusega proportsionaalse elektrilaengu, pakkudes suurepärast sageduskarakteristikut vahemikus 2 Hz kuni 10 kHz minimaalse faasimoonutusega. Need andurid on erakordselt vastupidavad karmides raudteekeskkondades, säilitades samal ajal kõrge tundlikkuse ja madala mürataseme.

Kiirusandurid kasutavad elektromagnetilise induktsiooni põhimõtteid, et genereerida vibratsioonikiirusega proportsionaalseid pingesignaale. Need andurid sobivad suurepäraselt madalsageduslike rakenduste (0,5–1000 Hz) jaoks ja pakuvad masinate jälgimise rakenduste jaoks paremaid signaali-müra suhteid. Nende suurem suurus ja temperatuuritundlikkus võivad aga piirata paigaldusvõimalusi kompaktsetele vedurikomponentidele.

Lähedusandurid kasutavad anduri ja sihtpinna vahelise suhtelise nihke mõõtmiseks pöörisvoolu põhimõtteid. Need andurid osutuvad hindamatuks võlli vibratsiooni jälgimiseks ja laagrite kliirensi hindamiseks, kuid nõuavad hoolikat paigaldamist ja kalibreerimist.

Anduri õige paigaldamine mõjutab oluliselt mõõtmiste täpsust ja töökindlust. Insenerid peavad tagama anduri ja jälgitava komponendi vahelise jäiga mehaanilise ühenduse, et vältida resonantsiefekte ja signaali moonutusi. Keermestatud naastud pakuvad optimaalset kinnitust püsipaigalduste jaoks, samas kui magnetilised alused pakuvad mugavust perioodilisteks mõõtmisteks ferromagnetilistel pindadel.

Pöörlevate seadmete vibratsiooni päritolu

Mehaanilise vibratsiooni allikad Need tekivad massi tasakaalustamatusest, joondusveast, lõtvusest ja kulumisest. Tasakaalustamata pöörlevad komponendid tekitavad tsentrifugaaljõude, mis on võrdelised pöörlemiskiiruse ruuduga, tekitades vibratsiooni pöörlemissagedusel ja selle harmoonilistel. Ühendatud võllide vaheline joondusviga tekitab radiaalseid ja aksiaalseid vibratsioonikomponente pöörlemissagedusel ja kahekordsel pöörlemissagedusel.

Elektromagnetilise vibratsiooni allikad tulenevad elektrimootorite magnetvälja jõudude kõikumistest. Õhupilu ekstsentrilisus, rootorivarda defektid ja staatori mähise vead tekitavad elektromagnetilisi jõude, mis moduleerivad liinisagedust ja selle harmoonilisi. Need jõud interakteeruvad mehaaniliste resonantsidega, tekitades keerulisi vibratsiooniparameetreid, mis nõuavad keerukaid analüüsitehnikaid.

Aerodünaamiliste ja hüdrodünaamiliste vibratsiooniallikate Need tekivad vedeliku voolu vastastikmõjust pöörlevate komponentidega. Ventilaatori labade läbiminek, pumba labade vastastikmõju ja turbulentne voolu eraldumine tekitavad vibratsiooni labade/labade läbimise sagedustel ja nende harmoonilistel. Need allikad muutuvad eriti oluliseks abimasinates, mis töötavad suurel kiirusel ja millel on märkimisväärsed vedeliku käitlemise nõuded.

2.3.1.2. Vedurisüsteemid: WMB, WGB, AM ja nende komponendid võnkesüsteemidena

Pöörlevate seadmete klassifikatsioon vedurirakendustes

Veduri pöörlevad seadmed hõlmavad kolme peamist kategooriat, millel kõigil on ainulaadsed vibratsiooniomadused ja diagnostilised väljakutsed. Rattapaari-mootori plokid (WMB) integreerivad veomootorid otse veoratastega, luues keerulisi dünaamilisi süsteeme, mis alluvad nii elektrilistele kui ka mehaanilistele ergutusjõududele. Rattapaari-käigukasti plokid (WGB) kasutavad mootorite ja rattapaaride vahel vahepealseid käigukasti reduktorisüsteeme, mis tekitavad hammasrataste omavahelise interaktsiooni kaudu täiendavaid vibratsiooniallikaid. Abimasinate (AM) hulka kuuluvad jahutusventilaatorid, õhukompressorid, hüdraulilised pumbad ja muud tugiseadmed, mis töötavad peamistest veosüsteemidest sõltumatult.

Need mehaanilised süsteemid käituvad võnkuvalt, mida reguleerivad dünaamika ja vibratsiooniteooria põhiprintsiibid. Igal komponendil on omavõnkesagedused, mis on määratud massijaotuse, jäikuse omaduste ja piiritingimustega. Nende omavõnkesageduste mõistmine on kriitilise tähtsusega resonantsitingimuste vältimiseks, mis võivad viia liigsete vibratsiooniamplituudide ja komponentide kiirenenud kulumiseni.

Võnkesüsteemi klassifikatsioonid

Vabad võnkumised tekivad siis, kui süsteemid vibreerivad omavõnkumistel pärast esialgset häiringut ilma pideva välise jõuta. Vedurirakendustes avalduvad vabad võnkumised käivitamise ja seiskamise siirdeaegadel, kui pöörlemiskiirused ületavad omavõnkumistel sagedusi. Need siirdetingimused annavad väärtuslikku diagnostilist teavet süsteemi jäikuse ja sumbuvusomaduste kohta.

Sundvõnkumised Need tulenevad mehaanilistele süsteemidele mõjuvatest pidevatest perioodilistest ergastusjõududest. Pöörlev tasakaalustamatus, hammasrataste hambumisjõud ja elektromagnetiline ergastus tekitavad sundvibratsioone kindlatel sagedustel, mis on seotud pöörlemiskiiruste ja süsteemi geomeetriaga. Sundvibratsiooni amplituud sõltub ergastussageduse ja süsteemi loomulike sageduste vahelisest suhtest.

Parameetrilised võnkumised tekivad siis, kui süsteemi parameetrid aja jooksul perioodiliselt muutuvad. Ajas muutuv hammasratta kokkupuute jäikus, laagrite kliirensi muutused ja magnetvoo kõikumised tekitavad parameetrilise ergutuse, mis võib põhjustada ebastabiilse vibratsiooni kasvu isegi ilma otsese sundimiseta.

Iseerguvad võnkumised (autovõnkumised) arenevad siis, kui süsteemi energia hajumise mehhanismid muutuvad negatiivseks, mis viib püsiva vibratsiooni kasvuni ilma välise perioodilise sunduseta. Hõõrdumisest tingitud kleepuv libisemine, aerodünaamiline laperdus ja teatud elektromagnetilised ebastabiilsused võivad tekitada iseenesest ergastavaid vibratsioone, mis vajavad aktiivset juhtimist või konstruktsioonimuudatusi leevendamiseks.

Omavõnkesageduse määramine ja resonantsnähtused

Omavõnkesagedused esindavad mehaaniliste süsteemide loomupäraseid vibratsiooniomadusi, mis ei sõltu välisest ergutusest. Need sagedused sõltuvad ainult süsteemi massijaotusest ja jäikusomadustest. Lihtsate ühe vabadusastmega süsteemide puhul järgib omavõnkesageduse arvutamine massi ja jäikuse parameetreid seostavaid väljakujunenud valemeid.

Keerulistel vedurikomponentidel on mitu loomulikku sagedust, mis vastavad erinevatele vibratsioonirežiimidele. Painderežiimidel, väänderežiimidel ja sidestatud režiimidel on igaühel erinevad sagedusomadused ja ruumilised mustrid. Modaalanalüüsi tehnikad aitavad inseneridel tuvastada neid sagedusi ja nendega seotud režiimi kujusid, et saavutada efektiivne vibratsioonikontroll.

Resonants tekib siis, kui ergastussagedused langevad kokku omavõnkesagedustega, mille tulemuseks on dramaatiliselt võimendatud vibratsioonireaktsioonid. Võimendustegur sõltub süsteemi summutusest, kusjuures kergelt summutatud süsteemide resonantsi piigid on palju kõrgemad kui tugevalt summutatud süsteemide puhul. Insenerid peavad tagama, et töökiirused väldivad kriitilisi resonantsitingimusi või tagavad piisava summutuse vibratsiooni amplituudide piiramiseks.

Summutusmehhanismid ja nende mõjud

Summutus esindab energia hajumise mehhanisme, mis piiravad vibratsiooni amplituudi kasvu ja tagavad süsteemi stabiilsuse. Süsteemi üldist käitumist mõjutavad mitmesugused summutuse allikad, sealhulgas materjali sisemine summutus, hõõrdumise summutus ning määrdeainete ja ümbritseva õhu vedeliku summutus.

Materjali summutus tekib komponentide materjalide sisemise hõõrdumise tõttu tsüklilise pingekoormuse ajal. See summutusmehhanism osutub eriti oluliseks malmist komponentide, kummist kinnitusdetailide ja tänapäevases veduriehituses kasutatavate komposiitmaterjalide puhul.

Hõõrdesummutus toimub komponentide vahelistel liidespindadel, sealhulgas laagripindadel, poltidega ühendustel ja kahanevates liitekohtades. Kuigi hõõrdesummutus võib pakkuda kasulikku vibratsioonikontrolli, võib see tekitada ka mittelineaarseid efekte ja ettearvamatut käitumist erinevates koormustingimustes.

Vedeliku summutus tuleneb viskoossetest jõududest määrdekiletes, hüdraulikasüsteemides ja aerodünaamilistes interaktsioonides. Õlifilmi summutus liuglaagrites tagab kriitilise stabiilsuse kiirelt pöörlevatele masinatele, samas kui viskoosseid summuteid võidakse tahtlikult lisada vibratsiooni kontrollimiseks.

Erutusjõudude klassifikatsioonid

Tsentrifugaaljõud Tekivad pöörlevate komponentide massi tasakaalustamatusest, tekitades jõud, mis on võrdelised pöörlemiskiiruse ruuduga. Need jõud toimivad radiaalselt väljapoole ja pöörlevad koos komponendiga, tekitades pöörlemissagedusel vibratsiooni. Tsentrifugaaljõu suurus suureneb kiirusega kiiresti, mistõttu on täpne tasakaalustamine kiirel töötamisel kriitilise tähtsusega.

Kinemaatilised jõud tulenevad geomeetrilistest piirangutest, mis sunnivad süsteemi komponente ebaühtlaselt liikuma. Edasi-tagasi liikuvad mehhanismid, nukkvõllid ja profiilivigadega hammasrattasüsteemid tekitavad kinemaatilisi ergastusjõude. Need jõud omavad tavaliselt keerukat sageduslikku sisu, mis on seotud süsteemi geomeetria ja pöörlemiskiirustega.

Löögijõud Need tekivad ootamatute koormuste või komponentide kokkupõrgete tagajärjel. Hammasratta hammaste haakumine, laagrielemendi veeremine üle pinnadefektide ja ratta ja rööpa vastastikmõju tekitavad löögijõude, mida iseloomustab lai sagedussisaldus ja kõrge amplituudtegur. Löögijõudude nõuetekohaseks iseloomustamiseks on vaja spetsiaalseid analüüsitehnikaid.

Hõõrdejõud tekivad libiseva kokkupuute tagajärjel pindade vahel, mis liiguvad üksteise suhtes. Pidurdamine, laagrite libisemine ja ratta-rööpa vaheline roome tekitavad hõõrdejõude, mis võivad põhjustada kleepuvat libisemist, mis viib iseenesest ergastuvate vibratsioonideni. Hõõrdejõu omadused sõltuvad suuresti pinnatingimustest, määrimisest ja normaalsest koormusest.

Elektromagnetilised jõud tekivad elektrimootorite ja generaatorite magnetvälja vastastikmõjust. Radiaalsed elektromagnetilised jõud tulenevad õhupilu varieerumisest, poolusdetailide geomeetriast ja voolujaotuse asümmeetriast. Need jõud tekitavad vibratsiooni liinisagedusel, pilu läbimissagedusel ja nende kombinatsioonidel.

Sagedussõltuvad süsteemi omadused

Mehaanilistel süsteemidel on sagedusest sõltuvad dünaamilised omadused, mis mõjutavad oluliselt vibratsiooni ülekannet ja võimendamist. Süsteemi jäikus, summutus ja inertsiaalsed omadused loovad koos keerukaid sageduskarakteristiku funktsioone, mis kirjeldavad vibratsiooni amplituudi ja faasi seoseid sisendergastuse ja süsteemi reaktsiooni vahel.

Sagedustel, mis on esimesest omavõnkesagedusest tunduvalt madalamad, käituvad süsteemid kvaasistaatiliselt, vibratsiooniamplituudidega, mis on proportsionaalsed ergastusjõu amplituudidega. Dünaamiline võimendus jääb minimaalseks ja faasisuhted peaaegu nulliks.

Omasageduste lähedal võib dünaamiline võimendus ulatuda 10–100-kordse staatilise läbipainde väärtuseni, olenevalt summutustasemetest. Faasisuhted nihkuvad resonantsi ajal kiiresti 90 kraadi, võimaldades omasageduste asukohtade selget tuvastamist.

Sagedustel, mis on tunduvalt kõrgemad loomulikest sagedustest, domineerivad süsteemi käitumises inertsiaalsed efektid, mis põhjustavad vibratsiooni amplituudide vähenemist sageduse suurenedes. Kõrgsagedusliku vibratsiooni summutamine tagab loomuliku filtreerimise, mis aitab tundlikke komponente kõrgsageduslike häirete eest isoleerida.

Ühendatud parameetriga vs. hajutatud parameetriga süsteemid

Rattapaari-mootori plokke saab modelleerida koondparameetrisüsteemidena madalsageduslike vibratsioonirežiimide analüüsimisel, kus komponentide mõõtmed jäävad vibratsioonilainepikkustega võrreldes väikeseks. See lähenemisviis lihtsustab analüüsi, esitades jaotatud massi ja jäikuse omadusi diskreetsete elementidena, mis on ühendatud massita vedrude ja jäikade lülidega.

Ühendatud parameetritega mudelid osutuvad tõhusaks rootori tasakaalustamatuse, laagritoe jäikuse mõjude ja mootori ning rattapaari komponentide vahelise madalsagedusliku sidestusdünaamika analüüsimisel. Need mudelid hõlbustavad kiiret analüüsi ja annavad selge füüsikalise ülevaate süsteemi käitumisest.

Hajutatud parameetritega mudelid muutuvad vajalikuks kõrgsageduslike vibratsioonirežiimide analüüsimisel, kus komponentide mõõtmed lähenevad vibratsioonilainepikkustele. Võlli painderežiimid, hammasratta hammaste paindlikkus ja akustilised resonantsid vajavad täpseks ennustamiseks hajutatud parameetritega töötlemist.

Hajutatud parameetritega mudelid arvestavad laine leviku mõjude, lokaalsete laineliikide kuju ja sagedusest sõltuva käitumisega, mida koondatud parameetritega mudelid ei suuda tabada. Need mudelid nõuavad tavaliselt numbriliste lahendustehnikate kasutamist, kuid pakuvad süsteemi täielikumat iseloomustamist.

2.3.1.3. Madalsagedusliku, keskmise sagedusega, kõrgsagedusliku ja ultraheli vibratsiooni omadused ja karakteristikud lainepikkuste magnetväljas, lainepikkuste magnetväljas ja lainepikkuste magnetväljas

Sagedusribade klassifikatsioonid ja nende tähendus

Vibratsioonisageduse analüüs nõuab sagedusribade süstemaatilist klassifitseerimist, et optimeerida diagnostilisi protseduure ja seadmete valikut. Iga sagedusriba annab ainulaadset teavet konkreetsete mehaaniliste nähtuste ja rikete arenguetappide kohta.

Madala sagedusega vibratsioon (1–200 Hz) pärineb peamiselt pöörlevate masinate tasakaalustamatusest, joondusveast ja konstruktsiooniresonantsidest. See sagedusvahemik hõlmab põhilisi pöörlemissagedusi ja nende madalama astme harmoonilisi, pakkudes olulist teavet mehaanilise seisukorra ja tööstabiilsuse kohta.

Keskmise sagedusega vibratsioon (200–2000 Hz) hõlmab hammasrataste hambumissagedusi, elektromagnetilise ergastuse harmoonilisi ja peamiste konstruktsioonielementide mehaanilisi resonantse. See sagedusvahemik osutub kriitiliseks hammasrataste kulumise, mootori elektromagnetiliste probleemide ja siduri halvenemise diagnoosimisel.

Kõrgsageduslik vibratsioon (2000–20000 Hz) näitab laagrite defektide tunnuseid, hammasratta löögijõude ja kõrgema astme elektromagnetilisi harmoonilisi. See sagedusvahemik annab varajase hoiatuse tekkivate rikete kohta enne, kui need avalduvad madalamates sagedusribades.

Ultraheli vibratsioon (20000+ Hz) jäädvustab tekkivad laagridefektid, määrdekile purunemise ja hõõrdumisega seotud nähtused. Ultraheli mõõtmised nõuavad spetsiaalseid andureid ja analüüsitehnikaid, kuid pakuvad võimalikult varase rikke tuvastamise võimalusi.

Madala sagedusega vibratsiooni analüüs

Madalsagedusliku vibratsiooni analüüs keskendub põhilistele pöörlemissagedustele ja nende harmoonilistele kuni umbes kümnenda järguni. See analüüs paljastab peamised mehaanilised tingimused, sealhulgas massi tasakaalustamatuse, võlli joonduse hälbe, mehaanilise lõtvuse ja laagrite kliirensi probleemid.

Pöörlemissageduse vibratsioon (1×) näitab massi tasakaalustamatuse tingimusi, mis tekitavad võlliga koos pöörlevaid tsentrifugaaljõude. Puhas tasakaalustamatus tekitab vibratsiooni peamiselt pöörlemissagedusel minimaalse harmoonilise sisaldusega. Vibratsiooni amplituud suureneb proportsionaalselt pöörlemiskiiruse ruuduga, pakkudes selget diagnostilist näitu.

Kahekordse pöörlemissagedusega vibratsioon (2×) viitab tavaliselt ühendatud võllide või komponentide vahelisele joonduse hälbele. Nurkhälve tekitab vahelduvaid pingemustreid, mis korduvad kaks korda pöörde kohta, tekitades iseloomulikke 2× vibratsiooni signaale. Paralleelne joonduse hälve võib samuti 2× vibratsioonile kaasa aidata erineva koormuse jaotuse kaudu.

Mitmekordne harmooniline sisu (3×, 4×, 5× jne) viitab mehaanilisele lõtvusele, kulunud siduritele või konstruktsiooniprobleemidele. Lõtvus võimaldab mittelineaarset jõuülekannet, mis tekitab rikkaliku harmoonilise sisu, mis ulatub põhisagedustest kaugemale. Harmooniline muster annab diagnostilist teavet lõtvuse asukoha ja raskusastme kohta.

Keskmise sagedusega vibratsiooni omadused

Keskmise sageduse analüüs keskendub hammasrataste hambumissagedustele ja nende modulatsioonimustritele. Hammasrataste hambumissagedus võrdub pöörlemissageduse ja hammaste arvu korrutisega, luues ennustatavad spektraaljooned, mis näitavad hammasratta seisukorda ja koormuse jaotust.

Terved hammasrattad tekitavad hammasratta hambumissagedusel silmapaistvat vibratsiooni minimaalsete külgribadega. Hammaste kulumine, hammaste pragunemine või ebaühtlane koormus tekitab hambumissageduse amplituudmodulatsiooni, tekitades hambumishammasrataste pöörlemissagedustel jaotatud külgribasid.

Veojõumootorite elektromagnetiline vibratsioon avaldub peamiselt keskmise sageduse vahemikus. Liinisageduse harmoonilised, pilu läbimissagedused ja pooluste läbimissagedused loovad iseloomulikke spektraalmustreid, mis näitavad mootori seisukorda ja koormuse omadusi.

Soone läbimissagedus võrdub pöörlemissageduse ja rootori soonte arvu korrutisega, tekitades vibratsiooni magnetilise läbitavuse muutuste kaudu, kui rootori sooned mööduvad staatori poolustest. Katkised rootori vardad või otsarõnga defektid moduleerivad soone läbimissagedust, luues diagnostilisi külgribasid.

Kõrgsagedusliku vibratsiooni analüüs

Kõrgsagedusliku vibratsiooni analüüs uurib laagrite defektide sagedusi ja kõrgema astme hammasratta haarde harmoonilisi. Veerelaagrid genereerivad geomeetria ja pöörlemiskiiruse põhjal iseloomulikke sagedusi, pakkudes täpseid diagnostikavõimalusi laagrite seisukorra hindamiseks.

Kuuli läbimise sagedus Välise laagrirõnga defekt (BPFO) tekib siis, kui veereelemendid läbivad statsionaarse välimise laagrirõnga defekti. See sagedus sõltub laagri geomeetriast ja jääb tavaliste laagrikonstruktsioonide puhul tavaliselt vahemikku 3–8 korda pöörlemissagedusest.

Kuuli läbimissagedus Sisemise rõngasveojõu (BPFI) tekib veeremielementide sisemiste rõngasveojõu defektide tõttu. Kuna sisemine rõngas pöörleb koos võlliga, ületab BPFI tavaliselt BPFO-d ja võib koormustsooni mõjude tõttu esineda pöörlemissageduse modulatsiooni.

Põhisagedus (FTF) esindab puuri pöörlemissagedust ja on tavaliselt võrdne 0,4–0,45-kordse võlli pöörlemissagedusega. Puuri defektid või määrimisprobleemid võivad tekitada vibratsiooni FTF-il ja selle harmoonilistel.

Kuuli pöörlemissagedus (BSF) näitab üksiku veerelemendi pöörlemist ümber oma telje. See sagedus esineb vibratsioonispektrites harva, välja arvatud juhul, kui veerelementidel on pinnadefekte või mõõtmete ebakorrapärasusi.

Ultraheli vibratsiooni rakendused

Ultraheli vibratsioonimõõtmised tuvastavad tekkivad laagridefektid nädalaid või kuid enne, kui need tavapärases vibratsioonianalüüsis ilmnevad. Pinna kareduse kokkupuude, mikropraod ja määrdekile lagunemine tekitavad ultrahelikiirgust, mis eelneb laagridefektide sageduse mõõdetavatele muutustele.

Ümbriku analüüsi tehnikad eraldavad ultraheli kandesagedustest amplituudmodulatsiooni informatsiooni, paljastades laagridefektide sagedustele vastavad madalsageduslikud modulatsioonimustrid. See lähenemisviis ühendab kõrgsagedusliku tundlikkuse madalsagedusliku diagnostilise informatsiooniga.

Ultraheli mõõtmised nõuavad andurite hoolikat valimist ja paigaldamist, et vältida signaali saastumist elektromagnetiliste häirete ja mehaanilise müra tõttu. Kiirendusmõõturid, mille sageduskarakteristik ulatub üle 50 kHz ja millel on õige signaali töötlemine, pakuvad usaldusväärseid ultraheli mõõtmisi.

Mehaanilise ja elektromagnetilise vibratsiooni päritolu

Mehaaniliste vibratsioonide allikad tekitavad lairiba ergastust, mille sageduslik sisu on seotud komponendi geomeetria ja kinemaatikaga. Laagri defektidest, hammasrataste haardumisest ja mehaanilisest lõtvusest tulenevad löögijõud tekitavad impulsssignaale, millel on rikkalik harmooniline sisu, mis ulatub laias sagedusvahemikus.

Elektromagnetiliste vibratsiooniallikate tekitatud diskreetsed sageduskomponendid on seotud elektrivõrgu sageduse ja mootori konstruktsiooniparameetritega. Need sagedused jäävad mehaanilistest pöörlemiskiirustest sõltumatuks ja säilitavad fikseeritud seose elektrivõrgu sagedusega.

Mehaaniliste ja elektromagnetiliste vibratsiooniallikate eristamine nõuab sagedussuhete ja koormusest sõltuvuse hoolikat analüüsi. Mehaaniline vibratsioon varieerub tavaliselt sõltuvalt pöörlemiskiirusest ja mehaanilisest koormusest, samas kui elektromagnetiline vibratsioon korreleerub elektrilise koormuse ja toitepinge kvaliteediga.

Löögi- ja löögivibratsiooni omadused

Löögivibratsioon tekib väga lühikese kestusega äkiliste jõudude rakendamise tagajärjel. Hammasratta haakumine, laagrielemendi kokkupõrked ja ratta ja rööpa kokkupuude tekitavad löögijõude, mis ergastavad samaaegselt mitut struktuurilist resonantsi.

Löögisündmused tekitavad iseloomulikke ajadomeeni signatuure, millel on kõrge amplituudfaktor ja lai sagedussisaldus. Löögivibratsiooni sagedusspekter sõltub rohkem konstruktsiooni reageeringu omadustest kui löögisündmusest endast, mistõttu on õigeks tõlgendamiseks vaja ajadomeeni analüüsi.

Löögireaktsiooni spektri analüüs annab põhjaliku iseloomustuse konstruktsiooni reaktsioonist löökkoormusele. See analüüs näitab, millised loomulikud sagedused löögisündmuste ajal erganevad ja nende suhteline panus üldisesse vibratsioonitasemesse.

Hõõrdeallikatest tulenev juhuslik vibratsioon

Hõõrdumisest tingitud vibratsioon omab juhuslikke omadusi, mis on tingitud pinnakontakti nähtuste stohhastilisest olemusest. Piduri kriuksumine, laagrite värin ja ratta ja rööpa vastastikmõju tekitavad lairiba juhuslikku vibratsiooni, mis nõuab statistilise analüüsi tehnikaid.

Hõõrdesüsteemides tekib pulgakujulise libisemise käitumine iseenesest ergastunud vibratsiooni keerulise sagedussisaldusega. Hõõrdejõu muutused pulgakujulise libisemise tsüklite ajal tekitavad subharmoonilisi vibratsioonikomponente, mis võivad kokku langeda struktuuriliste resonantsidega, mis viib võimendatud vibratsioonitasemeteni.

Juhusliku vibratsiooni analüüs kasutab võimsusspektri tihedusfunktsioone ja statistilisi parameetreid, nagu näiteks efektiivväärtuse tasemed ja tõenäosusjaotused. Need meetodid pakuvad kvantitatiivset hinnangut juhusliku vibratsiooni tugevuse ja selle potentsiaalse mõju kohta komponendi väsimuskestusele.

2.3.1.4. WMB, WGB ja AM konstruktsiooniomadused ja nende mõju vibratsiooniomadustele

Peamised WMB, WGB ja AM konfiguratsioonid

Veduritootjad kasutavad veojõu edastamiseks veomootoritelt veorattakomplektidele mitmesuguseid mehaanilisi konstruktsioone. Igal konfiguratsioonil on ainulaadsed vibratsiooniomadused, mis mõjutavad otseselt diagnostikameetodeid ja hooldusnõudeid.

Eesmises vedrustuses olevad veomootorid paigaldatakse otse rattapaari telgedele, luues mootori ja rattapaari vahele jäiga mehaanilise ühenduse. See konfiguratsioon minimeerib jõuülekande kadusid, kuid allutab mootorid kõigile rööbastelt põhjustatud vibratsioonidele ja löökidele. Otsene paigaldus seob mootori elektromagnetilise vibratsiooni rattapaari mehaanilise vibratsiooniga, luues keerulisi spektraalmustreid, mis vajavad hoolikat analüüsi.

Raamile kinnitatud veomootorid kasutavad jõu rattapaaridele edastamiseks painduvaid sidurisüsteeme, isoleerides samal ajal mootorid rööbastee häiretest. Universaalühendused, painduvad sidurid või hammasrattatüüpi sidurid võimaldavad mootori ja rattapaari vahelist suhtelist liikumist, säilitades samal ajal jõuülekande võime. See paigutus vähendab mootori vibratsiooniga kokkupuudet, kuid tekitab siduridünaamika kaudu täiendavaid vibratsiooniallikaid.

Käigukast ülekandesüsteemides kasutatakse mootori ja rattapaari vahel vahepealset reduktorit, et optimeerida mootori tööomadusi. Üheastmeline kaldhammasreduktor tagab kompaktse disaini ja mõõduka mürataseme, samas kui kaheastmelised reduktorisüsteemid pakuvad suuremat paindlikkust ülekandearvu valikul, kuid suurendavad keerukust ja potentsiaalseid vibratsiooniallikaid.

Mehaanilised sidestussüsteemid ja vibratsiooniülekanne

Veomootori rootori ja hammasratta vaheline mehaaniline liides mõjutab oluliselt vibratsiooniülekande omadusi. Kahanev ühendus tagab jäiga ühenduse suurepärase kontsentrilisusega, kuid võib tekitada montaažipingeid, mis mõjutavad rootori tasakaalu kvaliteeti.

Kiilühendused arvestavad soojuspaisumisega ja lihtsustavad montaažiprotseduure, kuid tekitavad pöördemomendi ümberpööramisel lõtku ja potentsiaalset löökkoormust. Kiilühenduse kulumine tekitab täiendavat lõtku, mis tekitab kiirendus- ja aeglustustsüklite ajal löökjõude kahekordse pöörlemissagedusega.

Spline-ühendused pakuvad suurepärast pöördemomendi ülekandevõimet ja võimaldavad aksiaalset nihet, kuid vajavad täpseid tootmistolerantse, et minimeerida vibratsiooni teket. Spline-kulumine tekitab ümbermõõdulist lõtku, mis tekitab keerulisi vibratsioonimustreid, mis sõltuvad koormustingimustest.

Paindlikud ühendussüsteemid isoleerivad väändevibratsioone, kompenseerides samal ajal ühendatud võllide vahelist joondushälvet. Elastomeersed sidurid pakuvad suurepärast vibratsiooniisolatsiooni, kuid neil on temperatuurist sõltuvad jäikusomadused, mis mõjutavad loomulikke sagedusi. Hammasrattatüüpi sidurid säilitavad konstantse jäikuse, kuid tekitavad võrgusilma sagedusvibratsiooni, mis suurendab süsteemi üldist spektraalkomponenti.

Rattapaari teljelaagrite konfiguratsioonid

Rattapaari teljelaagrid toetavad vertikaalseid, külgmisi ja tõukejõude, kohandades samal ajal soojuspaisumist ja rööbastee geomeetria muutusi. Silindrilised rull-laagrid taluvad radiaalkoormusi tõhusalt, kuid aksiaalse koormuse toetamiseks vajavad eraldi tõukelaagrite paigutust.

Koonilised rull-laagrid pakuvad kombineeritud radiaal- ja tõukekoormust ning paremaid jäikusomadusi võrreldes kuullaagritega. Kooniline geomeetria loob loomupärase eelkoormuse, mis välistab sisemise lõtku, kuid nõuab täpset reguleerimist, et vältida liigset koormust või ebapiisavat tuge.

Kaherealised sfäärilised rull-laagrid taluvad suuri radiaalkoormusi ja mõõdukaid tõukejõude, pakkudes samal ajal isetasanduvat võimet kompenseerida võlli läbipainde ja korpuse joondamise kõrvalekaldeid. Sfääriline välisvoo geomeetria loob õlifilmi summutuse, mis aitab kontrollida vibratsiooni ülekandumist.

Laagri sisemine lõtk mõjutab oluliselt vibratsiooniomadusi ja koormuse jaotumist. Liigne lõtk võimaldab löögikoormust koormuse ümberpööramise tsüklite ajal, tekitades kõrgsageduslikku löögivibratsiooni. Ebapiisav lõtk loob eelkoormuse tingimused, mis suurendavad veeretakistust ja soojuse teket, vähendades samal ajal potentsiaalselt vibratsiooni amplituudi.

Käigukasti konstruktsiooni mõju vibratsioonile

Hammasratta hammaste geomeetria mõjutab otseselt võrgusilma sageduse vibratsiooni amplituudi ja harmoonilise sisu. Õigete rõhunurkade ja lisandite modifikatsioonidega evolventsed hambaprofiilid minimeerivad võrgusilma jõu kõikumisi ja sellega seotud vibratsiooni teket.

Spiraalhammasrattad pakuvad sujuvamat jõuülekannet võrreldes silinderhammasratastega tänu hammaste järkjärgulisele haardumisele. Spiraali nurk loob aksiaaljõu komponente, mis vajavad aksiaallaagri tuge, kuid vähendab oluliselt võrgusilma sagedusega vibratsiooni amplituudi.

Hammasratta kontaktsuhe määrab jõuülekande ajal samaaegselt hambuvate hammaste arvu. Suuremad kontaktsuhe jaotab koormuse rohkemate hammaste vahel, vähendades üksikute hammaste pinget ja hambumisjõu kõikumisi. Kontaktsuhe üle 1,5 tagab madalamate suhetega võrreldes olulise vibratsiooni vähenemise.

Hammasrataste valmistamise täpsus mõjutab vibratsiooni teket hammaste vahekauguse vigade, profiilihälvete ja pinnaviimistluse variatsioonide kaudu. AGMA kvaliteediklassid kvantifitseerivad valmistamise täpsust, kusjuures kõrgemad klassid tekitavad madalamat vibratsioonitaset, kuid nõuavad kallimaid tootmisprotsesse.

Koormuse jaotumine hammasratta pindlaiuse ulatuses mõjutab lokaalset pingekontsentratsiooni ja vibratsiooni teket. Kroonitud hambapinnad ja õige võlli joondus tagavad ühtlase koormuse jaotumise, minimeerides servakoormust, mis tekitab kõrgsageduslikke vibratsioonikomponente.

Kardaanvõlli süsteemid WGB rakendustes

Kardaanvõlli jõuülekandega rattapaari-käigukasti plokid võimaldavad mootori ja rattapaari vahel suuremaid vahemaid, pakkudes samal ajal paindlikku ühendusvõimalust. Kardaanvõlli mõlemas otsas olevad universaalsed liigendid loovad kinemaatilisi piiranguid, mis tekitavad iseloomulikke vibratsioonimustreid.

Ühe universaalliigendi töö tekitab kiiruse muutusi, mis tekitavad vibratsiooni võlli kahekordsel pöörlemissagedusel. Selle vibratsiooni amplituud sõltub liigendi töönurgast, kusjuures suuremad nurgad tekitavad kõrgemaid vibratsioonitasemeid vastavalt väljakujunenud kinemaatiliste seostele.

Õige faasimisega topeltuniversaalliigendi paigutus kõrvaldab esimese järgu kiiruse kõikumised, kuid tekitab kõrgema järgu efekte, mis muutuvad oluliseks suurte töönurkade korral. Püsikiirusega liigendid pakuvad paremaid vibratsiooniomadusi, kuid nõuavad keerukamaid tootmis- ja hooldusprotseduure.

Resonantsi võimendamise vältimiseks peavad kardaanvõlli kriitilised kiirused jääma töökiiruse vahemikest selgelt eraldatuks. Võlli läbimõõt, pikkus ja materjali omadused määravad kriitiliste kiiruste asukohad, mis nõuab iga rakenduse hoolikat projekteerimisanalüüsi.

Vibratsiooni omadused erinevates töötingimustes

Veduri töötingimused on mitmekesised ja mõjutavad oluliselt vibratsiooni tunnuseid ja diagnostilist tõlgendamist. Hoolduspukkidele toetatud veduritega staatiline testimine kõrvaldab rööbastelt põhjustatud vibratsioonid ja rataste ja rööbaste vastastikmõju jõud, pakkudes kontrollitud tingimusi baasmõõtmiste tegemiseks.

Veermiku vedrustussüsteemid isoleerivad veduri kere rattapaari vibratsioonidest normaalse töö ajal, kuid võivad teatud sagedustel tekitada resonantsiefekte. Vedrustuse primaarsed loomulikud sagedused jäävad tavaliselt vahemikku 1–3 Hz vertikaalsetel režiimidel ja 0,5–1,5 Hz külgmistel režiimidel, mis võib mõjutada madalsagedusliku vibratsiooni ülekandumist.

Rööbastee ebatasasused ergutavad rattapaari vibratsioone laias sagedusvahemikus, olenevalt rongi kiirusest ja rööbastee seisukorrast. Rööpaühenduste perioodilised lööke tekitavad sagedustel, mille määravad rööpa pikkus ja rongi kiirus, samas kui rööpmelaiuse muutused tekitavad külgmisi vibratsioone, mis on seotud rattapaari vibratsioonirežiimidega.

Veojõu- ja pidurdusjõud tekitavad lisakoormust, mis mõjutab laagrite koormuse jaotust ja hammasrataste hambumust. Suured veojõukoormused suurendavad hammasrataste hammaste kontaktpingeid ja võivad nihutada koormustsoone rattapaari laagrites, muutes vibratsioonimustreid võrreldes koormamata tingimustega.

Abimasina vibratsiooni omadused

Jahutusventilaatorite süsteemides kasutatakse erinevaid tiiviku konstruktsioone, mis tekitavad erinevaid vibratsioonisignaale. Tsentrifugaalventilaatorid tekitavad labade läbimissageduse vibratsiooni, mille amplituud sõltub labade arvust, pöörlemiskiirusest ja aerodünaamilisest koormusest. Aksiaalventilaatorid tekitavad sarnaseid labade läbimissagedusi, kuid erineva harmoonilise sisaldusega voolumustri erinevuste tõttu.

Ventilaatori tasakaalustamatus tekitab pöörlemissagedusel vibratsiooni, mille amplituud on võrdeline kiiruse ruuduga, sarnaselt teiste pöörlevate masinatega. Labade saastumisest, erosioonist või kahjustustest tulenevad aerodünaamilised jõud võivad aga tekitada täiendavaid vibratsioonikomponente, mis raskendavad diagnostilist tõlgendamist.

Õhukompressorisüsteemides kasutatakse tavaliselt kolbmootoriga konstruktsioone, mis tekitavad vibratsiooni väntvõlli pöörlemissagedusel ja selle harmoonilistel. Silindrite arv ja süütejärjekord määravad harmoonilise sisu, kusjuures suurem silindrite arv tagab üldiselt sujuvama töö ja madalama vibratsioonitaseme.

Hüdraulilise pumba vibratsioon sõltub pumba tüübist ja töötingimustest. Hammasrataspumbad tekitavad hammasratassüsteemidega sarnast võrgusilma sagedusega vibratsiooni, samas kui labapumbad tekitavad labade läbimissagedusega vibratsiooni. Muutuva töömahuga pumbad võivad tekitada keerulisi vibratsioonimustreid, mis varieeruvad olenevalt töömahu sätetest ja koormustingimustest.

Võlli tugi- ja kinnitussüsteemi mõjud

Laagrikorpuse jäikus mõjutab oluliselt vibratsiooni ülekandumist pöörlevatelt komponentidelt statsionaarsetele konstruktsioonidele. Paindlikud korpused võivad küll vähendada vibratsiooni ülekandumist, kuid võimaldavad suuremat võlli liikumist, mis võib mõjutada sisemisi lõtku ja koormuse jaotust.

Vundamendi jäikus ja kinnitusviisid mõjutavad konstruktsiooni resonantssagedusi ja vibratsiooni võimendamise omadusi. Pehmed kinnitussüsteemid pakuvad vibratsiooniisolatsiooni, kuid võivad tekitada madalsageduslikke resonantse, mis võimendavad tasakaalustamatusest tingitud vibratsiooni.

Mitme võlli vaheline ühendus painduvate elementide või hammasrataste abil loob keerukaid dünaamilisi süsteeme, millel on mitu loomulikku sagedust ja moodi kuju. Need ühendatud süsteemid võivad esineda lööksagedusi, kui üksikute komponentide sagedused veidi erinevad, luues vibratsioonimõõtmistel amplituudmodulatsiooni mustreid.

2.3.1.5. Vibratsiooni jälgimise ja diagnostika tehnilised seadmed ja tarkvara

Vibratsiooni mõõtmise ja analüüsi süsteemide nõuded

Raudteel vedurikomponentide efektiivne vibratsioonidiagnostika nõuab keerukaid mõõtmis- ja analüüsivõimalusi, mis käsitlevad raudteekeskkondade ainulaadseid väljakutseid. Kaasaegsed vibratsioonianalüüsi süsteemid peavad pakkuma laia dünaamilist ulatust, kõrget sagedusresolutsiooni ja töökindlat toimimist karmides keskkonnatingimustes, sealhulgas äärmuslikes temperatuurides, elektromagnetiliste häirete ja mehaaniliste löökide korral.

Vedurirakenduste dünaamilise vahemiku nõuded ületavad tavaliselt 80 dB, et jäädvustada nii madala amplituudiga algvibratsioone kui ka suure amplituudiga töövibratsiooni. See vahemik võimaldab mõõtmisi mikromeetritest sekundis varajaste laagridefektide korral kuni sadade millimeetriteni sekundis raskete tasakaalustamatuse tingimuste korral.

Sagedusresolutsioon määrab võime eraldada lähestikku paiknevaid spektraalkomponente ja tuvastada konkreetsetele rikketüüpidele iseloomulikke modulatsioonimustreid. Eraldusvõime ribalaius ei tohiks ületada madalaima huvipakkuva sageduse 1%, mis nõuab iga mõõtmisrakenduse analüüsiparameetrite hoolikat valimist.

Temperatuuri stabiilsus tagab mõõtmistäpsuse vedurirakendustes esinevates laiades temperatuurivahemikes. Mõõtesüsteemid peavad säilitama kalibreerimistäpsuse ±5% piires temperatuurivahemikus -40 °C kuni +70 °C, et arvestada hooajaliste kõikumiste ja seadmete kuumenemise mõjuga.

Laagri seisukorra indikaatorid ultraheli vibratsiooni abil

Ultraheli vibratsioonianalüüs võimaldab laagrite kulumist võimalikult varakult tuvastada, jälgides pinna kareduse ja määrdekile lagunemise kõrgsageduslikke kiirgusi. Need nähtused eelnesid tavapärastele vibratsioonitunnustele nädalate või kuude võrra, võimaldades ennetavat hooldusgraafikut.

Impulsiivsete ultrahelikiirguste kvantifitseerimiseks kasutatakse spetsiaalseid filtreid, mis rõhutavad mööduvaid sündmusi, summutades samal ajal püsiseisundi taustamüra. Tehnika kasutab kõrgpääsfiltreerimist üle 5 kHz, millele järgneb mähisjoone tuvastamine ja RMS-i arvutamine lühikeste ajavahemike jooksul.

Kõrgsagedusliku ümbriku (HFE) analüüs eraldab ultraheli kandesignaalidest amplituudmodulatsiooni informatsiooni, paljastades laagridefektide sagedustele vastavad madalsageduslikud modulatsioonimustrid. See lähenemisviis ühendab ultraheli tundlikkuse tavapäraste sagedusanalüüsi võimalustega.

Löökimpulssmeetod (SPM) mõõdab ultraheli siirdemomentide tippamplituude, kasutades spetsiaalseid resonantsandureid, mis on häälestatud umbes 32 kHz-ni. See meetod annab mõõtmeteta laagri seisukorra indikaatoreid, mis korreleeruvad hästi laagri kahjustuse raskusastmega.

Ultraheli seisundiindikaatorid vajavad hoolikat kalibreerimist ja trendi jälgimist, et määrata kindlaks baasväärtused ja kahjustuse progresseerumise kiirused. Keskkonnategurid, sealhulgas temperatuur, koormus ja määrimistingimused, mõjutavad indikaatorite väärtusi oluliselt, mistõttu on vaja põhjalikke baasandmebaase.

Kõrgsagedusliku vibratsioonimodulatsiooni analüüs

Veerelaagrid tekitavad kõrgsagedusliku vibratsiooni korral iseloomulikke modulatsioonimustreid perioodiliste koormuse muutuste tõttu, kui veerelaagrid puutuvad kokku laagrijooksu defektidega. Need modulatsioonimustrid ilmnevad külgribadena struktuuriliste resonantssageduste ja laagrite omasageduste ümber.

Mähisjoone analüüsi tehnikad eraldavad modulatsiooniinfot vibratsioonisignaalide filtreerimise teel, et isoleerida laagriresonantse sisaldavad sagedusribad, rakendades mähisjoone tuvastamist amplituudimuutuste taastamiseks ja analüüsides mähisjoone spektrit defektide sageduste tuvastamiseks.

Resonantsi tuvastamine on efektiivse laagri ümbrisjoone analüüsi jaoks kriitilise tähtsusega, kuna laagri löögiergutus ergastab eelistatavalt spetsiifilisi struktuurilisi resonantse. Pühitud siinussageduse testimine või löögimodaalanalüüs aitab tuvastada iga laagri asukoha ümbrisjoone analüüsiks optimaalsed sagedusribad.

Digitaalsed filtreerimistehnikad ümbrisjoone analüüsiks hõlmavad lõpliku impulsskarakteristikuga (FIR) filtreid, mis pakuvad lineaarseid faasikarakteristikuid ja väldivad signaali moonutusi, ning lõpmatu impulsskarakteristikuga (IIR) filtreid, mis pakuvad järsku pidurduskarakteristikut vähendatud arvutusnõuetega.

Mähisjoone spektrianalüüsi parameetrid mõjutavad oluliselt diagnostilist tundlikkust ja täpsust. Filtri ribalaius peaks hõlmama struktuurilist resonantsi, jättes välja külgnevad resonantsid, ja analüüsiakna pikkus peab tagama piisava sagedusresolutsiooni laagridefektide sageduste ja nende harmooniliste eraldamiseks.

Põhjalikud pöörlevate seadmete jälgimissüsteemid

Kaasaegsed vedurihooldusrajatised kasutavad integreeritud jälgimissüsteeme, mis ühendavad mitu diagnostikatehnikat, et pakkuda pöörlevate seadmete seisukorra põhjalikku hindamist. Need süsteemid integreerivad vibratsioonianalüüsi õlianalüüsi, termilise jälgimise ja jõudlusparameetritega, et suurendada diagnostilist täpsust.

Kaasaskantavad vibratsioonianalüsaatorid on peamised diagnostikavahendid perioodiliseks seisundi hindamiseks plaaniliste hooldusintervallide ajal. Need instrumendid pakuvad spektraalanalüüsi, aja lainekuju jäädvustamist ja automatiseeritud rikete tuvastamise algoritme, mis on optimeeritud vedurirakenduste jaoks.

Püsivalt paigaldatud seiresüsteemid võimaldavad kriitiliste komponentide pidevat jälgimist töö ajal. Need süsteemid kasutavad hajutatud andurite võrke, traadita andmeedastust ja automatiseeritud analüüsialgoritme, et pakkuda reaalajas seisundi hindamist ja häirete genereerimist.

Andmete integreerimise võimalused ühendavad mitme diagnostikameetodi abil saadud teavet, et parandada rikete tuvastamise usaldusväärsust ja vähendada valehäirete määra. Ühendamisalgoritmid kaaluvad erinevate diagnostikameetodite panust vastavalt nende tõhususele konkreetsete rikete ja töötingimuste korral.

Anduritehnoloogiad ja paigaldusmeetodid

Vibratsiooniandurite valik mõjutab oluliselt mõõtmiskvaliteeti ja diagnostika efektiivsust. Piesoelektrilised kiirendusmõõturid pakuvad suurepärast sageduskarakteristikut ja tundlikkust enamiku vedurirakenduste jaoks, samas kui elektromagnetilised kiirusandurid pakuvad suurepärast madalsageduskarakteristikut suurte pöörlevate masinate jaoks.

Andurite kinnitusmeetodid mõjutavad kriitiliselt mõõtmiste täpsust ja usaldusväärsust. Keermestatud naastud pakuvad optimaalset mehaanilist ühendust püsipaigalduste jaoks, samas kui magnetiline kinnitus pakub mugavust perioodilisteks mõõtmisteks ferromagnetilistel pindadel. Liimkinnitus sobib mitteferromagnetilistele pindadele, kuid nõuab pinna ettevalmistamist ja kõvenemisaega.

Anduri orientatsioon mõjutab mõõtmise tundlikkust erinevate vibratsioonirežiimide suhtes. Radiaalsed mõõtmised tuvastavad kõige tõhusamalt tasakaalustamatust ja joondamata joondumist, samas kui aksiaalsed mõõtmised paljastavad aksiaallaagrite probleeme ja siduri joondamata joondumist. Tangentsiaalsed mõõtmised annavad ainulaadset teavet väändvibratsiooni ja hammasrataste dünaamika kohta.

Keskkonnakaitse nõuab hoolikat kaalumist äärmuslike temperatuuride, niiskuse ja elektromagnetiliste häirete osas. Suletud kiirendusmõõturid integreeritud kaablitega pakuvad karmides raudteekeskkondades eemaldatavate pistikutega võrreldes paremat töökindlust.

Signaali konditsioneerimine ja andmete kogumine

Signaali töötlemise elektroonika tagab anduri ergutuse, võimenduse ja filtreerimise, mis on vajalikud täpsete vibratsioonimõõtmiste jaoks. Püsivoolu ergutusahelad toidavad piesoelektrilisi kiirendusmõõtureid, säilitades samal ajal kõrge sisendtakistuse anduri tundlikkuse säilitamiseks.

Anti-aliasing filtrid hoiavad ära sageduse voltimise artefaktid analoog-digitaalmuundamise ajal, summutades Nyquisti sagedusest kõrgemaid signaalikomponente. Need filtrid peavad tagama piisava tõkkeriba summutamise, säilitades samal ajal lameda pääsuriba karakteristiku, et säilitada signaali täpsus.

Analoog-digitaalmuundamise lahutusvõime määrab mõõtmise dünaamilise ulatuse ja täpsuse. 24-bitine muundamine pakub 144 dB teoreetilist dünaamilist ulatust, mis võimaldab mõõta nii madala amplituudiga rikkesignaale kui ka suure amplituudiga töövibratsiooni sama mõõtmise käigus.

Diskreetimissageduse valik järgib Nyquisti kriteeriumi, mis nõuab diskreetimissagedust, mis on vähemalt kaks korda suurem kui huvipakkuv kõrgeim sagedus. Praktikas kasutatakse ülediskreetimissuhteid vahemikus 2,5:1 kuni 4:1, et arvestada anti-aliasing filtri üleminekuribadega ja pakkuda analüüsi paindlikkust.

Mõõtepunkti valik ja orientatsioon

Tõhusa vibratsiooni jälgimise tagamiseks on vaja süstemaatiliselt valida mõõtekohti, mis pakuvad maksimaalset tundlikkust rikete suhtes, minimeerides samal ajal kõrvaliste vibratsiooniallikate häireid. Mõõtepunktid peaksid asuma võimalikult lähedal laagritugedele ja teistele kriitilistele koormusteedele.

Laagrikorpuse mõõtmised annavad otsest teavet laagri seisukorra ja sisemise dünaamika kohta. Laagrikorpuse radiaalmõõtmised tuvastavad kõige tõhusamalt tasakaalustamatust, joondushäireid ja laagridefekte, samas kui aksiaalmõõtmised paljastavad tõukejõu koormuse ja sidestusprobleemid.

Mootori raami mõõtmised kajastavad elektromagnetilist vibratsiooni ja mootori üldist seisukorda, kuid võivad olla laagridefektide suhtes vähem tundlikud, kuna mootori konstruktsioon summutab vibratsiooni. Need mõõtmised täiendavad laagrikorpuse mõõtmisi mootori põhjalikuks hindamiseks.

Käigukasti mõõtmised tuvastavad hammasratta võrgustiku vibratsiooni ja hammasratta sisemist dünaamikat, kuid nõuavad hoolikat tõlgendamist keerukate vibratsiooniülekandeteede ja mitmete ergastusallikate tõttu. Mõõtmiskohad hammasratta võrgustiku keskjoonte lähedal pakuvad maksimaalset tundlikkust võrgustikuga seotud probleemide suhtes.

Töörežiimi valik diagnostiliseks testimiseks

Diagnostilise testimise efektiivsus sõltub suuresti sobivate töötingimuste valikust, mis tagavad rikkega seotud vibratsiooni optimaalse ergutamise, säilitades samal ajal ohutuse ja seadmete kaitse. Erinevad töörežiimid näitavad komponentide seisukorra ja rikete tekke erinevaid aspekte.

Koormuseta katsetamine kõrvaldab koormusest sõltuvad vibratsiooniallikad ja annab baasmõõtmised võrdlemiseks koormatud tingimustega. See režiim toob kõige selgemini esile tasakaalustamatuse, joondusvea ja elektromagnetilised probleemid, minimeerides samal ajal hammasratta võrgustiku vibratsiooni ja laagrite koormuse mõju.

Erinevatel võimsustasemetel tehtavad koormustestid paljastavad koormusest sõltuvaid nähtusi, sealhulgas hammasrataste dünaamikat, laagrite koormuse jaotuse mõjusid ja elektromagnetilise koormuse mõjureid. Järkjärguline koormus aitab eristada koormusest sõltumatuid ja koormusest sõltuvaid vibratsiooniallikaid.

Suuna testimine edasi- ja tagasipöörlemisega annab täiendavat diagnostilist teavet asümmeetriliste probleemide kohta, nagu hammasrataste kulumismustrid, laagrite eelkoormuse muutused ja siduri kulumisomadused. Mõnedel riketel on suunatundlikkus, mis aitab rikkeid lokaliseerida.

Sagedusläbimõõtmise testimine käivitamise ja seiskamise ajal jäädvustab vibratsioonikäitumist kogu töökiiruse vahemikus, paljastades resonantsitingimused ja kiirusest sõltuvad nähtused. Need mõõtmised aitavad tuvastada kriitilisi kiirusi ja loomulikke sagedusi.

Määrimise mõju diagnostilistele signatuuridele

Määrimistingimused mõjutavad oluliselt vibratsiooni tunnuseid ja diagnostilist tõlgendamist, eriti laagrite jälgimise rakenduste puhul. Värske määrdeaine tagab tõhusa summutuse, mis vähendab vibratsiooni ülekandumist, samas kui saastunud või halvenenud määrdeaine võib rikke tunnuseid võimendada.

Määrdeaine viskoossuse muutused temperatuuriga mõjutavad laagrite dünaamikat ja vibratsiooniomadusi. Külm määrdeaine suurendab viskoosset summutust ja võib varjata tekkivaid laagridefekte, samas kui ülekuumenenud määrdeaine vähendab summutust ja kaitset.

Saastunud määrdeaine, mis sisaldab kulumisosakesi, vett või võõrkehi, tekitab abrasiivse kokkupuute ja voolu turbulentsi kaudu täiendavaid vibratsiooniallikaid. Need mõjud võivad varjutada tegelikke rikke signaale ja raskendada diagnostilist tõlgendamist.

Määrimissüsteemi probleemid, sh ebapiisav vool, rõhukõikumised ja jaotuse ebakorrapärasused, loovad ajas muutuvaid laagrikoormusi, mis mõjutavad vibratsioonimustreid. Määrimissüsteemi töö ja vibratsiooniomaduste vaheline korrelatsioon annab väärtuslikku diagnostilist teavet.

Mõõtmisvigade tuvastamine ja kvaliteedikontroll

Usaldusväärne diagnostika nõuab süstemaatilist mõõtmisvigade tuvastamist ja kõrvaldamist, mis võivad viia valede järeldusteni ja tarbetute hooldustoiminguteni. Levinud veaallikate hulka kuuluvad andurite kinnitusprobleemid, elektrilised häired ja sobimatud mõõtmisparameetrid.

Andurite paigalduse kontrollimiseks kasutatakse lihtsaid meetodeid, sealhulgas käsitsi ergastusteste, võrdlusmõõtmisi külgnevates kohtades ja sageduskarakteristiku kontrollimist teadaolevate ergastusallikate abil. Lahtine paigaldus vähendab tavaliselt kõrgsageduslikku tundlikkust ja võib tekitada valeresonantsi.

Elektriliste häirete tuvastamine hõlmab spektraalkomponentide tuvastamist liinisagedusel (50/60 Hz) ja selle harmooniliste komponentide tuvastamist, võrdlusmõõtmisi lahtiühendatud toitega ning vibratsiooni ja elektriliste signaalide vahelise koherentsuse hindamist. Nõuetekohane maandus ja varjestus kõrvaldavad enamiku häirete allikatest.

Parameetrite kontrollimine hõlmab mõõtühikute, sagedusvahemiku sätete ja analüüsiparameetrite kinnitamist. Vale parameetrite valik võib põhjustada mõõtmisartefakte, mis jäljendavad tegelikke veasignaale.

Integreeritud diagnostikasüsteemide arhitektuur

Kaasaegsed vedurihoolduskeskused kasutavad integreeritud diagnostikasüsteeme, mis ühendavad mitu seisukorra jälgimise tehnikat tsentraliseeritud andmehalduse ja -analüüsi võimalustega. Need süsteemid pakuvad seadmete põhjalikku hindamist, vähendades samal ajal käsitsi andmete kogumise ja analüüsi nõudeid.

Hajutatud andurite võrgud võimaldavad mitme komponendi samaaegset jälgimist kogu veduri koosseisus. Juhtmevabad andurite sõlmed vähendavad paigaldamise keerukust ja hooldusvajadust, pakkudes samal ajal reaalajas andmeedastust kesksetele töötlussüsteemidele.

Automatiseeritud analüüsialgoritmid töötlevad sissetulevaid andmevooge, et tuvastada tekkivaid probleeme ja genereerida hooldussoovitusi. Masinõppe tehnikad kohandavad algoritmi parameetreid ajalooliste andmete ja hooldustulemuste põhjal, et aja jooksul diagnostilist täpsust parandada.

Andmebaasi integreerimine ühendab vibratsioonianalüüsi tulemused hooldusajaloo, töötingimuste ja komponentide spetsifikatsioonidega, et pakkuda seadmete igakülgset hindamist ja hoolduse planeerimise tuge.

2.3.1.6. Vibratsiooni mõõtmise tehnoloogia praktiline rakendamine

Diagnostikasüsteemi tutvustus ja seadistamine

Tõhus vibratsioonidiagnostika algab diagnostikaseadmete võimaluste ja piirangute põhjalikust mõistmisest. Kaasaegsed kaasaskantavad analüsaatorid integreerivad mitmeid mõõtmis- ja analüüsifunktsioone, mis nõuavad süstemaatilist koolitust kõigi saadaolevate funktsioonide tõhusaks kasutamiseks.

Süsteemi konfigureerimine hõlmab vedurirakenduste jaoks sobivate mõõteparameetrite, sealhulgas sagedusvahemike, eraldusvõime sätete ja analüüsitüüpide määramist. Vaikimisi konfiguratsioonid ei paku konkreetsete rakenduste jaoks optimaalset jõudlust, mistõttu on vaja kohandada vastavalt komponentide omadustele ja diagnostilistele eesmärkidele.

Kalibreerimise kontrollimine tagab mõõtmiste täpsuse ja jälgitavuse riiklike standardite järgi. See protsess hõlmab täppiskalibreerimisallikate ühendamist ja süsteemi reageerimise kontrollimist kogu diagnostiliste mõõtmiste jaoks kasutatava sagedus- ja amplituudivahemiku ulatuses.

Andmebaasi seadistamine loob seadmete hierarhiad, mõõtepunktide määratlused ja analüüsiparameetrid iga jälgitava komponendi jaoks. Andmebaasi nõuetekohane korraldus hõlbustab tõhusat andmete kogumist ja võimaldab automatiseeritud võrdlemist ajalooliste trendide ja häirepiiridega.

Marsruudi arendus ja andmebaasi seadistamine

Marsruudi väljatöötamine hõlmab mõõtepunktide ja -järjestuste süstemaatilist tuvastamist, mis hõlmavad kriitilisi komponente põhjalikult, optimeerides samal ajal andmete kogumise tõhusust. Tõhusad marsruudid tasakaalustavad diagnostilist täielikkust praktiliste ajapiirangutega.

Mõõtepunktide valikul eelistatakse asukohti, mis pakuvad maksimaalset tundlikkust võimalike rikete suhtes, tagades samal ajal andurite korduva paigutuse ja vastuvõetava ohutu juurdepääsu. Iga mõõtepunkti täpne asukoht, anduri suund ja mõõtmisparameetrid tuleb dokumenteerida.

Komponentide identifitseerimissüsteemid võimaldavad andmete automatiseeritud korraldamist ja analüüsi, sidudes mõõtepunktid konkreetsete seadmetega. Hierarhiline korraldus hõlbustab kogu rongipargi analüüsi ja sarnaste komponentide võrdlemist mitmes veduris.

Analüüsiparameetrite määratlus määrab iga mõõtepunkti jaoks sobivad sagedusvahemikud, eraldusvõime sätted ja töötlemisvalikud. Laagri asukohad nõuavad kõrgsageduslikku võimekust koos mähisjoone analüüsi valikutega, samas kui tasakaalu ja joonduse mõõtmised rõhutavad madalsageduslikku jõudlust.

Visuaalne kontroll ja ettevalmistusprotseduurid

Visuaalne kontroll annab enne vibratsioonimõõtmiste tegemist olulist teavet komponentide seisukorra ja võimalike mõõtmisprobleemide kohta. See kontroll paljastab ilmsed probleemid, mis ei pruugi vajada üksikasjalikku vibratsioonianalüüsi, tuvastades samal ajal tegureid, mis võivad mõjutada mõõtmise kvaliteeti.

Määrimissüsteemi kontroll hõlmab määrdeaine taseme, lekke tunnuste ja saastumisnäitajate kontrollimist. Ebapiisav määrimine mõjutab vibratsiooniomadusi ja võib viidata peatselt esinevatele riketele, mis vajavad kohest tähelepanu olenemata vibratsioonitasemest.

Kinnitusdetailide kontroll tuvastab lahtised poldid, kahjustatud komponendid ja konstruktsiooniprobleemid, mis võivad mõjutada vibratsiooni edastamist või andurite paigaldamist. Need probleemid võivad vajada parandamist enne, kui usaldusväärsed mõõtmised on võimalikud.

Anduri paigaldamiseks mõeldud pinna ettevalmistamine hõlmab mõõtepindade puhastamist, värvi või korrosiooni eemaldamist ja püsivate kinnituspoltide piisava keermestatud haarduvuse tagamist. Nõuetekohane pinna ettevalmistamine mõjutab otseselt mõõtmiste kvaliteeti ja korduvust.

Keskkonnaohu hindamine tuvastab ohutusprobleemid, sealhulgas kuumad pinnad, pöörlevad masinad, elektriohud ja ebastabiilsed konstruktsioonid. Ohutuskaalutlused võivad nõuda mõõtmispersonalilt eriprotseduure või kaitsevarustust.

Komponendi töörežiimi loomine

Diagnostilised mõõtmised nõuavad järjepidevate töötingimuste loomist, mis tagavad korratavad tulemused ja optimaalse tundlikkuse rikete suhtes. Töörežiimi valik sõltub komponendi konstruktsioonist, olemasolevatest mõõteriistadest ja ohutuspiirangutest.

Koormuseta töötamine võimaldab baasmõõtmisi minimaalsete mehaanilise koormuse või elektrilise koormuse kõikumiste välismõjudega. See režiim toob kõige selgemini esile põhiprobleemid, sealhulgas tasakaalustamatuse, joondusvea ja elektromagnetilised vead.

Koormusega töötamine kindlaksmääratud võimsustasemetel paljastab koormusest sõltuvaid nähtusi, mis koormuseta testimisel ei pruugi ilmneda. Järkjärguline laadimine aitab tuvastada koormusest tundlikke probleeme ja määrab kindlaks tõsiduse seosed trendide jälgimiseks.

Kiiruse juhtimissüsteemid hoiavad mõõtmise ajal ühtlast pöörlemiskiirust, et tagada sageduse stabiilsus ja võimaldada täpset spektraalanalüüsi. Kiiruse muutused mõõtmise ajal põhjustavad spektraalset määrdumist, mis vähendab analüüsi eraldusvõimet ja diagnostilist täpsust.

Termilise tasakaalu saavutamine tagab, et mõõtmised kajastavad normaalseid töötingimusi, mitte käivitusjärgseid mööduvaid mõjusid. Enamik pöörlevaid masinaid vajab termilise stabiilsuse ja representatiivsete vibratsioonitasemete saavutamiseks 15–30 minutit töötamist.

Pöörlemiskiiruse mõõtmine ja kontrollimine

Täpne pöörlemiskiiruse mõõtmine annab olulist võrdlusteavet spektraalanalüüsiks ja rikete sageduse arvutamiseks. Kiiruse mõõtmise vead mõjutavad otseselt diagnostilist täpsust ja võivad viia rikete vale tuvastamiseni.

Optilised tahhomeetrid võimaldavad kontaktivaba kiiruse mõõtmist helkurlindi või looduslike pinnaelementide abil. Need instrumendid pakuvad suurt täpsust ja ohutuse eeliseid, kuid usaldusväärse töö tagamiseks on vaja otsest vaatevälja ja piisavat pinna kontrasti.

Magnetilised andurid tuvastavad ferromagnetiliste objektide, näiteks hammasrataste hammaste või võlli kiilude läbimist. Need andurid pakuvad suurepärast täpsust ja saastumiskindlust, kuid nõuavad andurite ja märklaudade paigaldamist pöörlevatele komponentidele.

Stroboskoopiline kiiruse mõõtmine kasutab sünkroniseeritud vilkuvaid tulesid, et luua pöörlevate komponentide näiliselt statsionaarseid kujutisi. See tehnika võimaldab pöörlemiskiirust visuaalselt kontrollida ja jälgida dünaamilist käitumist töötamise ajal.

Kiiruse kontrollimine spektraalanalüüsi abil hõlmab teadaolevatele pöörlemissagedustele vastavate silmapaistvate spektraalpiikide tuvastamist ja võrdlemist otseste kiiruse mõõtmistega. See lähenemisviis annab kinnituse mõõtmise täpsuse kohta ja aitab tuvastada kiirusega seotud spektraalkomponente.

Mitmepunktiline vibratsiooniandmete kogumine

Süstemaatiline vibratsiooniandmete kogumine järgib etteantud marsruute ja mõõtmisjärjestusi, et tagada ulatuslik katvus, säilitades samal ajal mõõtmiste kvaliteedi ja tõhususe. Andmete kogumise protseduurid peavad arvestama erinevate juurdepääsutingimuste ja seadmete konfiguratsioonidega.

Anduri paigutuse korduvus tagab mõõtmiste järjepidevuse järjestikuste andmekogumisseansside vahel. Püsivad kinnitustapid tagavad optimaalse korduvuse, kuid ei pruugi olla praktilised kõigis mõõtmiskohtades. Ajutised kinnitusmeetodid nõuavad hoolikat dokumenteerimist ja positsioneerimisvahendeid.

Mõõtmise ajastusega seotud kaalutluste hulka kuuluvad piisav stabiliseerumisaeg pärast anduri paigaldamist, statistilise täpsuse tagamiseks piisav mõõtmise kestus ja kooskõlastamine seadmete töögraafikutega. Kiirustades tehtud mõõtmised annavad sageli ebausaldusväärseid tulemusi, mis raskendavad diagnostilist tõlgendamist.

Keskkonnatingimuste dokumentatsioon hõlmab ümbritseva õhu temperatuuri, niiskust ja akustilise tausta taset, mis võivad mõjutada mõõtmise kvaliteeti või tõlgendamist. Äärmuslikud tingimused võivad vajada mõõtmise edasilükkamist või parameetrite muutmist.

Reaalajas kvaliteedihindamine hõlmab signaali omaduste jälgimist omandamise ajal, et tuvastada mõõtmisprobleeme enne andmete kogumise lõpetamist. Kaasaegsed analüsaatorid pakuvad spektraalkuvasid ja signaali statistikat, mis võimaldavad kohest kvaliteedihindamist.

Akustiline jälgimine ja temperatuuri mõõtmine

Akustilise emissiooni monitooring täiendab vibratsioonianalüüsi, tuvastades pragude levimise, hõõrdumise ja lööknähtuste tekitatud kõrgsageduslikke pingelaineid. Need mõõtmised annavad varajase hoiatuse tekkivate probleemide kohta, mis ei pruugi veel tekitada mõõdetavaid vibratsioonimuutusi.

Ultraheli kuulamisseadmed võimaldavad laagrite seisukorda kuuldavalt jälgida sagedusnihutustehnikate abil, mis teisendavad ultrahelikiirguse kuuldavateks sagedusteks. Kogenud tehnikud suudavad tuvastada iseloomulikke helisid, mis on seotud konkreetsete rikete tüüpidega.

Temperatuuri mõõtmised annavad olulist teavet komponentide termilise seisundi kohta ja aitavad valideerida vibratsioonianalüüsi tulemusi. Laagri temperatuuri jälgimine paljastab määrimisprobleemid ja koormustingimused, mis mõjutavad vibratsiooniomadusi.

Infrapuna-termograafia võimaldab kontaktivaba temperatuuri mõõtmist ja mehaanilistele probleemidele viitavate termiliste mustrite tuvastamist. Kuumad kohad võivad viidata hõõrdumisele, joondamise kõrvalekalletele või määrimisprobleemidele, mis vajavad kohest tähelepanu.

Temperatuuri trendianalüüs koos vibratsiooni trendianalüüsiga annab põhjaliku hinnangu komponentide seisukorrale ja kulumiskiirusele. Samaaegne temperatuuri ja vibratsiooni tõus viitab sageli kiirenevatele kulumisprotsessidele, mis nõuavad kiiret hooldust.

Andmete kvaliteedi kontrollimine ja vigade tuvastamine

Mõõtmiskvaliteedi kontrollimine hõlmab kogutud andmete süstemaatilist hindamist, et tuvastada võimalikke vigu või anomaaliaid, mis võivad viia valede diagnostiliste järeldusteni. Kvaliteedikontrolli protseduure tuleks rakendada kohe pärast andmete kogumist, kuni mõõtmistingimused jäävad mällu värskeks.

Spektrianalüüsi kvaliteedinäitajate hulka kuuluvad sobivad müratasemed, ilmsete aliaseerivate artefaktide puudumine ja mõistlik sagedussisaldus teadaolevate ergastusallikatega võrreldes. Spektritipud peaksid olema kooskõlas pöörlemiskiirustel ja komponendi geomeetrial põhinevate eeldatavate sagedustega.

Ajalise lainekuju kontroll paljastab signaali omadused, mis sagedusdomeeni analüüsis ei pruugi ilmneda. Kärpimine, alalisvoolu nihked ja perioodilised anomaaliad viitavad mõõtesüsteemi probleemidele, mis vajavad enne andmete analüüsi parandamist.

Korduvuse kontrollimine hõlmab mitme mõõtmise tegemist identsetes tingimustes, et hinnata mõõtmiste järjepidevust. Liigne varieeruvus viitab ebastabiilsetele töötingimustele või mõõtesüsteemi probleemidele.

Ajalooline võrdlus annab konteksti praeguste mõõtmiste hindamiseks võrreldes samadest mõõtmispunktidest saadud varasemate andmetega. Järsud muutused võivad viidata tegelikele seadmete probleemidele või mõõtmisvigadele, mis vajavad uurimist.

2.3.1.7. Laagri seisukorra praktiline hindamine esmaste mõõtmisandmete abil

Mõõtmisvigade analüüs ja andmete valideerimine

Usaldusväärne laagridiagnostika nõuab süstemaatilist mõõtmisvigade tuvastamist ja kõrvaldamist, mis võivad varjata tegelikke veasignaale või tekitada valeandmeid. Veaanalüüs algab kohe pärast andmete kogumist, samal ajal kui mõõtmistingimused ja -protseduurid jäävad mällu selgeks.

Spektrianalüüsi valideerimine hõlmab sagedusdomeeni karakteristikute kontrollimist, et need vastaksid teadaolevatele ergastusallikatele ja mõõtesüsteemi võimalustele. Ehtsad laagridefektide signatuurid näitavad spetsiifilisi sagedussuhteid ja harmoonilisi mustreid, mis eristavad neid mõõtmisartefaktidest.

Ajadomeeni analüüs paljastab signaali omadused, mis võivad viidata mõõtmisprobleemidele, sh kärpimine, elektrilised häired ja mehaanilised häired. Laagri defektide signaalidel on tavaliselt impulsiivsed omadused, millel on kõrge amplituuditegur ja perioodilised amplituudimustrid.

Ajalooliste trendide analüüs annab olulise konteksti praeguste mõõtmiste hindamiseks võrreldes varasemate andmetega identsetest mõõtmiskohtadest. Järkjärgulised muutused viitavad seadmete tegelikule halvenemisele, samas kui järsud muutused võivad viidata mõõtmisvigadele või välistele mõjudele.

Kanaliteülene verifitseerimine hõlmab sama komponendi mitme anduri mõõtmiste võrdlemist, et tuvastada suunatundlikkust ja kinnitada rikke olemasolu. Laagri defektid mõjutavad tavaliselt mitut mõõtmissuunda, säilitades samal ajal iseloomulikud sagedussuhted.

Keskkonnategurite hindamine arvestab väliste mõjudega, sh temperatuurimuutustega, koormuse muutustega ja akustilise taustaga, mis võivad mõjutada mõõtmise kvaliteeti või tõlgendamist. Keskkonnatingimuste ja vibratsiooniomaduste vaheline korrelatsioon annab väärtuslikku diagnostilist teavet.

Pöörlemiskiiruse kontrollimine spektraalanalüüsi abil

Täpne pöörlemiskiiruse määramine on aluseks kõikidele laagrite rikete sageduse arvutustele ja diagnostilisele tõlgendamisele. Spektraalanalüüs pakub kiiruse kontrollimiseks mitmeid lähenemisviise, mis täiendavad otseseid tahhomeetri mõõtmisi.

Põhisageduse tuvastamine hõlmab võlli pöörlemissagedusele vastavate spektraaltippude leidmist, mis peaksid enamikus pöörlevates masinate spektrites jääktasakaalustamatuse või väikese joondusvea tõttu selgelt esinema. Põhisagedus on baasreferents kõigile harmooniliste ja laagrisageduse arvutustele.

Harmooniliste mustrite analüüs uurib põhisageduse ja selle harmooniliste vahelist seost, et kinnitada kiiruse täpsust ja tuvastada täiendavaid mehaanilisi probleeme. Puhas pöörlemise tasakaalustamatus tekitab peamiselt põhisageduse vibratsiooni, samas kui mehaanilised probleemid tekitavad kõrgemaid harmoonilisi.

Mootorirakenduste elektromagnetiline sageduse tuvastamine näitab võrgusageduse komponente ja soone läbimissagedusi, mis võimaldavad sõltumatut kiiruse kontrolli. Need sagedused säilitavad fikseeritud seose elektrivõrgu sageduse ja mootori konstruktsiooniparameetritega.

Hammasrataste hambumissageduse tuvastamine käigukastiga süsteemides võimaldab väga täpset kiiruse määramist hambumissageduse ja pöörlemiskiiruse vahelise seose kaudu. Hammasrataste hambumissagedused tekitavad tavaliselt silmapaistvaid spektraalpiike suurepärase signaali-müra suhtega.

Kiiruse varieerumise hindamine uurib spektraalse tipu teravust ja külgriba struktuuri, et hinnata kiiruse stabiilsust mõõtmise ajal. Kiiruse ebastabiilsus põhjustab spektraalset määrdumist ja külgribade teket, mis vähendab analüüsi täpsust ja võib varjata laagridefektide signatuure.

Laagri defektide sageduse arvutamine ja tuvastamine

Laagri defektide sageduse arvutused nõuavad täpseid laagri geomeetria andmeid ja täpset pöörlemiskiiruse teavet. Need arvutused annavad teoreetilised sagedused, mis on malliks tegelike laagri defektide signatuuride tuvastamiseks mõõdetud spektrites.

Kuuli läbimissagedus Välise rõnga defektid (BPFO) näitavad kiirust, millega veerelemendid satuvad välisrõnga defektidesse. See sagedus jääb tavaliselt vahemikku 0,4–0,6 korda pöörlemissagedusest, olenevalt laagri geomeetriast ja kontaktnurga omadustest.

Kuuli läbimise sageduse sisemine rõngas (BPFI) näitab veereelemendi kokkupuute kiirust sisemise rõnga defektidega. BPFI ületab BPFO-d tavaliselt 20-40% võrra ja võib koormustsooni mõjude tõttu pöörlemissagedusel amplituudmodulatsiooni esineda.

Põhisagedus (FTF) esindab puuri pöörlemissagedust ja on tavaliselt võrdne 0,35–0,45-kordse võlli pöörlemissagedusega. Puuri defektid või määrimisprobleemid võivad tekitada vibratsiooni FTF-il ja selle harmoonilistel.

Kuuli pöörlemissagedus (BSF) näitab üksiku veerelemendi pöörlemissagedust ja esineb vibratsioonispektrites harva, välja arvatud juhul, kui veerelementidel esinevad spetsiifilised defektid või mõõtmete erinevused. BSF-i tuvastamine nõuab hoolikat analüüsi selle tavaliselt madala amplituudi tõttu.

Sagedustaluvuse kaalutlused arvestavad tootmisvariatsioonide, koormusefektide ja mõõtmismääramatusega, mis võivad põhjustada tegelike defektisageduste erinevust teoreetilistest arvutustest. Arvutatud sageduste ümber olevad ±5% otsinguribalaiused arvestavad nende variatsioonidega.

Spektrimustri tuvastamine ja rikete tuvastamine

Laagrivigade tuvastamine nõuab süstemaatilisi mustrituvastuse tehnikaid, mis eristavad ehtsaid laagridefektide signaale muudest vibratsiooniallikatest. Iga rikketüüp tekitab iseloomulikke spektraalmustreid, mis õige tõlgendamise korral võimaldavad spetsiifilist diagnoosi panna.

Välise rassi defektide signatuurid ilmnevad tavaliselt diskreetsete spektraaltippudena BPFO ja selle harmooniliste juures ilma olulise amplituudmodulatsioonita. Pöörlemissageduse külgribade puudumine eristab välise rassi defekte sisemise rassi probleemidest.

Sisemise võru defektide signatuuridel on BPFI põhisagedus, mille külgribad on paigutatud pöörlemissageduse intervallidega. See amplituudmodulatsioon tuleneb koormustsooni efektidest, kuna defektne ala pöörleb erinevate koormustingimuste korral.

Veeremielementide defektide signatuurid võivad ilmneda laagrite sagedustel (BSF) või tekitada modulatsiooni teiste laagrite sagedustele. Need defektid tekitavad sageli keerulisi spektraalmustreid, mille eristamiseks laagrirataste defektidest on vaja hoolikat analüüsi.

Puuri defektide signatuurid avalduvad tavaliselt FTF-il ja selle harmoonilistel, millega sageli kaasnevad suurenenud taustmüra ja ebastabiilsed amplituudiomadused. Puuriprobleemid võivad moduleerida ka teisi laagrisagedusi.

Ümbriku analüüsi rakendamine ja tõlgendamine

Mähise analüüs eraldab kõrgsageduslikust vibratsioonist amplituudmodulatsiooni informatsiooni, et paljastada madalsageduslike laagrite defektide mustreid. See tehnika osutub eriti tõhusaks varajases staadiumis laagrite defektide tuvastamisel, mis ei pruugi tekitada mõõdetavat madalsageduslikku vibratsiooni.

Mähise analüüsi sagedusriba valik nõuab struktuursete resonantside või laagrite loomulike sageduste tuvastamist, mida laagri löögijõud ergastavad. Optimaalsed sagedusribad jäävad tavaliselt vahemikku 1000–8000 Hz, olenevalt laagri suurusest ja paigaldusomadustest.

Filtri konstruktsiooniparameetrid mõjutavad oluliselt mähisjoone analüüsi tulemusi. Ribapääsfiltrid peaksid pakkuma piisavat ribalaiust resonantsi karakteristikute jäädvustamiseks, välistades samal ajal külgnevad resonantsid, mis võivad tulemusi saastata. Filtri löögisageduse languse karakteristikud mõjutavad siirdekarakteristikut ja löögituvastuse tundlikkust.

Mähisjoone spektri tõlgendamine järgib sarnaseid põhimõtteid nagu tavapärane spektraalanalüüs, kuid keskendub pigem modulatsioonisagedustele kui kandesagedustele. Laagri defektide sagedused ilmnevad mähisjoone spektris diskreetsete tippudena, mille amplituud näitab defekti raskusastet.

Mähisjoone analüüsi kvaliteedi hindamine hõlmab filtri valiku, sagedusriba omaduste ja signaali-müra suhte hindamist, et tagada usaldusväärsed tulemused. Halvad mähisjoone analüüsi tulemused võivad viidata sobimatule filtri valikule või ebapiisavale struktuurse resonantsi ergastuseks.

Amplituudi hindamine ja raskusastme klassifikatsioon

Laagri defektide raskusastme hindamine nõuab vibratsiooni amplituudide süstemaatilist hindamist kehtestatud kriteeriumide ja ajalooliste suundumuste suhtes. Raskusastme klassifikatsioon võimaldab hoolduse planeerimist ja riskihindamist jätkuva töö tagamiseks.

Absoluutse amplituudi kriteeriumid pakuvad üldiseid juhiseid laagrite seisukorra hindamiseks, mis põhinevad valdkonna kogemustel ja standarditel. Need kriteeriumid määravad tavaliselt üldise vibratsiooni ja konkreetsete sagedusribade häire- ja alarmitasemed.

Trendianalüüs hindab amplituudi muutusi aja jooksul, et hinnata halvenemiskiirust ja ennustada järelejäänud kasulikku eluiga. Eksponentsiaalne amplituudi kasv viitab sageli kiirenevale kahjustusele, mis nõuab kiiret hooldust.

Võrdlusanalüüs hindab laagrite seisukorda võrreldes sarnaste laagritega identsetes rakendustes, et võtta arvesse konkreetseid töötingimusi ja paigaldusomadusi. See lähenemisviis annab täpsema raskusastme hindamise kui ainult absoluutsed kriteeriumid.

Mitme parameetri integreerimine ühendab teavet üldise vibratsioonitaseme, spetsiifiliste defektide sageduste, mähise analüüsi tulemuste ja temperatuurimõõtmiste kohta, et anda laagrile põhjalik hinnang. Ühe parameetri analüüs võib anda mittetäielikku või eksitavat teavet.

Koormustsooni mõjud ja modulatsioonimustri analüüs

Laagri koormuse jaotus mõjutab oluliselt vibratsiooni tunnuseid ja diagnostilist tõlgendamist. Koormustsoonide mõjud loovad amplituudmodulatsiooni mustreid, mis annavad lisateavet laagri seisukorra ja koormusomaduste kohta.

Sisemise võru defekti modulatsioon toimub siis, kui defektsed alad pöörlevad iga pöörde ajal läbi erinevate koormustsoonide. Maksimaalne modulatsioon toimub siis, kui defektid joonduvad maksimaalse koormusega positsioonidega, minimaalne modulatsioon aga vastab koormamata positsioonidele.

Koormustsooni tuvastamine modulatsioonianalüüsi abil paljastab laagrite koormusmustrid ja võib viidata joondusveale, vundamendiprobleemidele või ebanormaalsele koormuse jaotusele. Asümmeetrilised modulatsioonimustrid viitavad ebaühtlastele koormustingimustele.

Külgribade analüüs uurib laagri defektide sagedusi ümbritsevaid sageduskomponente, et kvantifitseerida modulatsiooni sügavust ja tuvastada modulatsiooni allikaid. Pöörlemissageduse külgribad näitavad koormustsooni mõjusid, samas kui teised külgribade sagedused võivad paljastada täiendavaid probleeme.

Modulatsioonimustrite faasianalüüs annab teavet defektide asukoha kohta koormustsoonide suhtes ja võib aidata ennustada kahjustuse progresseerumise mustreid. Täiustatud analüüsitehnikad suudavad modulatsiooniomaduste põhjal hinnata laagri järelejäänud eluiga.

Integratsioon täiendavate diagnostiliste meetoditega

Põhjalik laagrite hindamine ühendab vibratsioonianalüüsi täiendavate diagnostikameetoditega, et parandada täpsust ja vähendada valehäirete määra. Mitmed diagnostilised lähenemisviisid pakuvad kinnitust probleemi tuvastamisele ja täiustatud tõsiduse hindamisele.

Õlianalüüs näitab laagrite kulumisosakesi, saastumistasemeid ja määrdeaine lagunemist, mis korreleeruvad vibratsioonianalüüsi tulemustega. Kulumisosakeste kontsentratsiooni suurenemine eelneb tuvastatavatele vibratsioonimuutustele sageli mitu nädalat.

Temperatuuri jälgimine annab reaalajas teavet laagri termilise seisundi ja hõõrdetaseme kohta. Temperatuuri tõus kaasneb laagri lagunemisprotsesside ajal sageli vibratsiooni suurenemisega.

Akustilise emissiooni seire abil tuvastatakse pragude levimisest ja pinnakontakti nähtustest tulenevaid kõrgsageduslikke pingelaineid, mis võivad eelneda tavapärastele vibratsioonisignatuuridele. See tehnika võimaldab võimalikult varakult rikkeid tuvastada.

Jõudluse jälgimine hindab laagrite mõju süsteemi tööle, sealhulgas efektiivsuse muutusi, koormuse jaotuse kõikumisi ja tööstabiilsust. Jõudluse halvenemine võib viidata laagriprobleemidele, mis vajavad uurimist isegi siis, kui vibratsioonitase on vastuvõetav.

Dokumentatsiooni ja aruandluse nõuded

Tõhus laagridiagnostika nõuab mõõtmisprotseduuride, analüüsitulemuste ja hooldussoovituste põhjalikku dokumenteerimist, et toetada otsuste tegemist ja pakkuda ajaloolisi andmeid trendianalüüsiks.

Mõõtmisdokumentatsioon hõlmab seadmete konfiguratsiooni, keskkonnatingimusi, tööparameetreid ja kvaliteedihindamise tulemusi. See teave võimaldab tulevikus mõõtmisi korrata ja annab tulemuste tõlgendamiseks konteksti.

Analüüsi dokumentatsioon kajastab arvutusprotseduure, sageduse tuvastamise meetodeid ja diagnostilist arutluskäiku, et toetada järeldusi ja võimaldada vastastikust hindamist. Üksikasjalik dokumentatsioon hõlbustab teadmiste edasiandmist ja koolitustegevusi.

Soovituste dokumentatsioon annab selged hooldusjuhised, sealhulgas kiireloomulisuse liigituse, soovitatud remondiprotseduurid ja jälgimisnõuded. Soovitused peaksid sisaldama piisavat tehnilist põhjendust hooldusplaani otsuste toetamiseks.

Ajaloolise andmebaasi haldamine tagab mõõtmis- ja analüüsitulemuste kättesaadavuse trendide analüüsiks ja võrdlevateks uuringuteks. Andmebaasi nõuetekohane korraldus hõlbustab kogu sõidukipargi analüüsi ja sarnaste seadmete ühiste probleemide tuvastamist.

Kokkuvõte

Raudteel vedurikomponentide vibratsioonidiagnostika on keerukas inseneridistsipliin, mis ühendab põhilised mehaanilised põhimõtted täiustatud mõõtmis- ja analüüsitehnoloogiatega. See põhjalik juhend on uurinud olulisi elemente, mis on vajalikud vibratsioonipõhise seisundi jälgimise tõhusaks rakendamiseks veduri hooldustöödes.

Eduka vibratsioonidiagnostika aluseks on pöörlevate masinate võnkuva nähtuse ning rattapaari-mootoriplokkide (WMB), rattapaari-käigukastiplokkide (WGB) ja abimasinate (AM) spetsiifiliste omaduste põhjalik mõistmine. Igal komponenditüübil on ainulaadsed vibratsioonitunnused, mis nõuavad spetsiaalseid analüüsimeetodeid ja tõlgendustehnikaid.

Kaasaegsed diagnostikasüsteemid pakuvad võimsaid võimalusi rikete varajaseks avastamiseks ja raskusastme hindamiseks, kuid nende tõhusus sõltub kriitiliselt korrektsest rakendamisest, mõõtmiste kvaliteedikontrollist ja tulemuste oskuslikust tõlgendamisest. Mitme diagnostikatehnika integreerimine suurendab usaldusväärsust ja vähendab valehäirete määra, pakkudes samal ajal komponentide seisukorra põhjalikku hindamist.

Andurite tehnoloogia, analüüsialgoritmide ja andmete integreerimise võimaluste pidev areng lubab diagnostilise täpsuse ja tegevuse efektiivsuse edasist paranemist. Raudteehooldusorganisatsioonid, kes investeerivad ulatuslikesse vibratsioonidiagnostika võimalustesse, saavutavad märkimisväärset kasu planeerimata rikete vähenemise, optimeeritud hooldusgraafikute ja parema tööohutuse kaudu.

Vibratsioonidiagnostika edukas rakendamine nõuab pidevat pühendumist koolitusele, tehnoloogia arendamisele ja kvaliteedi tagamise protseduuridele. Kuna raudteesüsteemid arenevad jätkuvalt suuremate kiiruste ja suuremate töökindluse nõuete suunas, mängib vibratsioonidiagnostika üha olulisemat rolli vedurite ohutu ja tõhusa töö tagamisel.