Laagrivigade diagnoosimine
Laagri defektid on veerelaagri tööpindadel esinevad mikroskoopilised või makroskoopilised defektid – praod, murdumiskohad või süvendid. Kuna veerelaagrid on enamiku pöörlevate masinate jaoks olulised ning sageli rikkeallikaks, on nende defektide varajane avastamine üks kõige väärtuslikumaid ülesandeid vibratsioonianalüüs. Defekt tekitab korduva, perioodilise löögi iga kord, kui veeremiselement selle üle veereb, ja just see perioodilisus teebki vea nähtavaks spekter juba ammu enne, kui laagrid ülekuumenevad või hakkavad müra tegema.
1. Laagrivigade olemus
Tüüpiline veerelaager koosneb neljast osast: välisrõngast, siseringist, kuulide või rullide komplektist ning puurist, mis hoiab elemendid ühtlaste vahedega. Defekt on mõne nimetatud pinna vigastus. Kui veerelaager sellest üle liigub, tekitab kontakt väikese, terava ja kõrgsagedusliku löögi – „klõpsu“. Üksik klõps kannab endas väga vähe energiat, kuid löögid korduvad iga läbimise korral, moodustades tugeva perioodilise signaali. Vibratsioonianalüüs on eriti hea selliste korduvate löökide tuvastamisel, mistõttu on võimalik kulunud laagrit avastada juba mitu kuud enne selle kinni jooksmist.
2. Neli peamist rikkesagedust
Laagrite diagnostika aluseks on asjaolu, et teatud laagri geomeetria ja võlli pöörlemiskiiruse korral tekivad löögid väga kindlate, etteaimatavate sagedustega. Need laagririkete sagedused are:
- BPFO (Palli edastamise sagedus, välimine ring): kiirus, millega veeremiselemendid mööduvad paikse välimise rõngastiku ühest punktist. See on kõige sagedamini esinev laagrite defekt.
- BPFI (Palli edastamise sagedus, sisemine ring): kiirus, millega elemendid mööduvad sisemise rõngasraja punktist. Kuna sisemine rõngasrada pöörleb koos võlliga, on BPFI suurem kui BPFO.
- BSF (Palli pöörlemissagedus): kiirus, millega veeremiselement pöörleb oma telje ümber. BSF-defektil on sageli kaks korda suurem energia, kuna defekt puutub elemendi iga pöörde jooksul kokku mõlema veeremispinnaga.
- FTF (Põhivõnkesagedus): puuride ehk „rongi“ pöörlemissagedus. See on väga madal sagedus, tavaliselt vähem kui 0,5 korda töökiirus.
Need näitajad sõltuvad laagri geomeetriast – sammdiameetrist, veeremiselemendi läbimõõdust, kontaktnurgast ja elementide arvust – ning võlli pöörlemiskiirusest. Vibratsioonianalüüsi tarkvara sisaldab tavaliselt ulatuslikku laagrite andmebaasi ja arvutab need näitajad automaatselt välja; neid on võimalik arvutada ka otse laagrite defektide esinemissageduse kalkulaator kui laagri tootenumber või mõõtmed on teada.
3. Kuidas laagridefektid spektris ilmnevad
Arenev defekt jätab iseloomuliku mustri FFT spekter:
- Kõrgsageduslikud piigid: häire sagedus ise (näiteks BPFO) ilmub sagedusvahemiku ülemises osas asuva tippina, eemal madalama järgu pöörlemistippudest.
- Harmoonilised: Löökide järsk ja impulsiivne iseloom tekitab tavaliselt mitu harmoonilist sagedust – täpseid kordseid – rikke sagedusest, ning nende pikk jada viitab hästi arenenud defektile.
- Külgribad: See on otsustav diagnostiline tunnus. Defekti sageduse tippu ümbritsevad tavaliselt külgribad, mille vahekaugus on 1X pöörlemiskiirus. BPFO-tipp koos 1X külgribadega on klassikaline välimise ringi tunnus, samas kui sisemise ringi defekt (BPFI) kaasneb peaaegu alati 1X külgribadega, kuna pöörlev defekt liigub ühe pöörde jooksul laagrisse ja sealt välja, muutes löögijõudu.
Algstaadiumis on need piigid väikesed ja jäävad kergesti spektri müra taustale varju, mistõttu kasutatakse tavaliselt spetsiaalset tuvastamismeetodit.
4. Ümbrise analüüs varajaseks avastamiseks
Ümbriku analüüs, mida nimetatakse ka demodulatsiooniks, on kõige tõhusam meetod laagrite varajaste defektide avastamiseks. Tegemist on signaalitöötlusmeetodiga, mis filtreerib välja madalsageduslikud ja suure energiaga vibratsioonid sellistest allikatest nagu tasakaalutus ja joondusviga, keskendub seejärel ainult defekti poolt tekitatud kõrgsageduslikele ja madala energiaga löökidele. Korduvad löögid panevad struktuuri resoneerima selle omavõnkesagedustel ning ümbrispinge töötlemine eraldab selle resoneerimise kordussageduse.
Saadud ümbriku spekter on märkimisväärselt „selge“, kuvades laagri rikke sagedusi ja nende harmoonilisi komponente selgelt madala taustmüra taustal. See võimaldab rikke avastamist mitu kuud – mõnikord isegi aastaid – enne, kui laager muidu rikki läheks, andes piisavalt aega, et teha vahetus plaanipäraselt, mitte aga ootamatu rikke tõttu.
5. Diagnoosi kinnitamine välitingimustes
Kindel järeldus põhineb mõõdetud piikide vastavusel arvutatud rikke sagedustega ning oodatava külgribamustri kinnitamisel, mida ideaalis toetavad amplituudispektri ja järjestikuste mõõtmiste puhul selge tõusutrend. Selline kaasaskantav kahekanaliline seade nagu Balanset-1A võimaldab inseneril salvestada masina laagrite spektri töökäigul, et kahtlustatavat laagririket saaks kohapeal võrrelda selle prognoositavate sagedustega. Samuti tasub välistada sarnased müraallikad: konstruktsioonilised lõtvus nii veeremiselementide vead kui ka muud vead võivad suurendada lairibaenergiat, kuid ainult tõeline laagri defekt vastab BPFO-, BPFI-, BSF- või FTF-perekondadele.
