אבחון פגמים בגלגלי שיניים באמצעות ניתוח רעידות
פגמים בציוד הם מצבי בלאי ונזק — בלאי שיניים, סדקים, חוסר סימטריה, חוסר יישור — המתפתחים במערכות ההילוכים המשמשות להעברת כוח במכונות תעשייתיות. ההשתלבות בין שיני ההילוכים היא תהליך רועש ורוטט מטבעו, ולכן הילוכים תקינים מייצרים דפוס רטט ברור ויציב מאוד; כל סטייה מדפוס זה מהווה אינדיקציה ברורה לבעיה. מכיוון ש ניתוח רטט הוא מסוגל לזהות סטיות אלה בשלב מוקדם מאוד, והוא מאתר תקלות בהילוכים הרבה לפני שהן מחמירות לכדי כשל קטסטרופלי בתיבת ההילוכים.
1. חתימת הרטט של גלגלי שיניים
לכל מערכת הילוכים יש טביעת אצבע אופיינית בתחום התדרים, המושתתת בעיקר על קצב ההתחברות בין השיניים ומוקפת בפעילות הקשורה לסיבוב כל ציר. לפיכך, מדידת בסיס של תיבת הילוכים תקינה היא אחד ממקורות ההתייחסות החשובים ביותר שתוכנית אמינות יכולה להחזיק: תקלות מאובחנות לא על פי מספר מוחלט, אלא על פי האופן שבו הספקטרום של היום ו- צורת גל זמן משתנה מהחתימה הידועה כ"תקינה". תחום אבחון ההילוכים מתמקד בעיקר ביכולת לפרש נכונה את ההבדל הזה, וזו הסיבה שההילוכים תופסים מקום כה בולט בבדיקות השגרתיות ניטור מצב.
2. תדר רשת הילוכים (GMF)
התדר החשוב ביותר בניתוח תיבת הילוכים הוא תדירות רשת ההילוכים (GMF) — המהירות שבה שיני שני גלגלי שיניים המשולבים זה בזה נוגעות זו בזו.
GMF = מספר שיניים על גלגל שיניים × מהירות סיבוב של גלגל השיניים
בתיבת הילוכים תקינה ה- ספקטרום FFT מציג שיא ברור ב-GMF, בדרך כלל עם כמה קטנים תוֹרַת הַרמוֹנִיָה (2×GMF, 3×GMF). משרעת שיא ה-GMF משקפת את העומס המופעל על ההילוכים, ולכן שיא GMF גבוה כשלעצמו אינו בהכרח מעיד על תקלה — ייתכן שהוא פשוט מצביע על כך שתיבת ההילוכים פועלת במאמץ רב. המידע האבחוני האמיתי טמון בתדרים בסביבה בפס השיא של ה-GMF, ולא בפס השיא עצמו. מכיוון שה-GMF תלוי הן במספר השיניים והן במהירות, קל לטעות בזיהויו באופן ידני; א מחשבון תדר רשת גלגלי שיניים מחשב את ה-GMF ואת רצועות הצד שלו עבור מערכת הילוכים נתונה תוך שניות ספורות.
3. שימוש בפסי צד לאיתור תקלות
פסים צדדיים מהווים את הכלי החזק ביותר לאבחון בעיות ספציפיות במערכת ההילוכים. מדובר בפסגות קטנות המופיעות משני צדי ה-GMF וההרמוניות שלו, הנוצרות כאשר תקלה משפיעה על תהליך ההשתלבות. הרמז המכריע הוא ריווח: הפער בין פס צדדי לבין שיא ה-GMF שווה למהירות הסיבוב של הפיר שעליו מותקן ההילוך הפגום, מה שמסגיר זאת מיד אשר פיר לבדיקה.
- בגדים בלויים או יוצאי דופן: בלוי, אקסצנטרי או שהילוך פגום משנה את ה-GMF בקצב הסיבוב שלו, ויוצר רצועות צד במרווחים של מהירות ריצה (1×) של ציר ההילוך הזה. אם רצועות הצד תואמות את מהירות ציר הכניסה, התקלה היא בהילוך הכניסה.
- שחיקה כללית של השיניים: בלאי של הילוכים בדרך כלל מגביר את משרעת ה-GMF וההרמוניות שלו, בליווי רצועות צד 1× מההילוך המתאים.
- שן סדוקה או שבורה: שן אחת סדוקה או שבורה מייצרת שיא חזק במהירות ההפעלה של 1× של אותו גלגל שיניים, לרוב עם הרמוניות רבות, בנוסף לפסי צד סביב ה-GMF המרווחים לפי מהירות אותו גלגל שיניים. צורת הגל הזמנית חשובה במיוחד במקרה זה — היא מציגה פגיעה ברורה וחוזרת בכל פעם שהשן הפגומה מנסה להשתלב.
- אי-יישור הילוכים: חוסר יישור השיניים של ההילוכים מייצרות לעתים קרובות הרמוניה גבוהה של 2×GMF, שלעתים אף עולה על שיא ה-GMF הראשי, ושוב מלווה בפסי צד של מהירות הנסיעה.
תופעה נלווית שכדאי להכיר היא ה- תדירות שיני הציד, השיעור הנמוך מאוד שבו זוג שיניים מסוים מתחבר מחדש; תקלות שכוללות שן פגומה אחת בכל גלגל שיניים עלולות לגרום לכך.
4. טכניקות ניתוח ייעודיות
מכיוון שתנודות ההילוכים כה בולטות, ניתוח הספקטרום הסטנדרטי משולב לעתים קרובות בטכניקות המבודדות את אות ההילוכים:
- ניתוח צורות גל בזמן: חיוני לאיתור שיניים שבורות או סדוקות, המתבטאות במכות חדות וחוזרות המתוזמנות לפי סיבוב ההילוך ולא לפי המפגש בין השיניים.
- ניתוח צפסטרום: טרנספורמציה המרכזת משפחות שלמות של רצועות צד במרווחים שווים למרכיבים בודדים וקלים לקריאה, ובכך הופכת את דפוסי רצועות הצד לגלויים כאשר הם מוסתרים בתוך FFT צפוף.
- ניתוח מעטפה: מפענח את תדר הנשא הגבוה כדי לחשוף את קצב ההדף בתדר הנמוך של פגם מקומי בשן, ומשלים את התמונה המתקבלת מהפס הצדדי.
5. שלבי כשל של גלגלי שיניים
ניתוח הרטט מאפשר לעקוב אחר התפתחות תקלה בהילוכים לאורך ארבעה שלבים ברורים, ובכך מעניק לצוותי התחזוקה זמן מספיק לתכנן את הטיפול:
- שלב 1 (מוקדם): סביב ה-GMF מופיעים תדרי לוואי קטנים. ייתכן שרמת הרטט הכוללת לא תשתנה כלל.
- שלב 2 (בינוני): משרעת הפסים הצדדיים הולכת וגדלה, והרמוניות של ה-GMF מתחילות להופיע עם פסים צדדיים משלהן.
- שלב 3 (חמור): ה-GMF וההרמוניות שלו נושאים תדרי לוואי רבים וגדולים, תדר ה-1× של הציוד הבעייתי מתחיל לעלות, ורמת הרעש הבסיסית של הספקטרום עולה.
- שלב 4 (קטסטרופלי): ה-GMF עלול להיעלם, ולהיות מוחלף בדפוס רטט רועש ואקראי כאשר השיניים נפגעות קשות או נהרסות.
6. יישום בשטח
אבחון תקלות בהילוכים מתחיל במדידה נקייה בשטח, במהירות ובעומס תפעוליים. מכשיר נייד דו-ערוצי כגון ה- באלאנסט-1א המכשיר מתעד את ספקטרום ה-FFT ואת צורת הגל הגולמית בכל נקודת כיוון, ומאפשר למהנדס לאתר את ה-GMF, לקרוא את המרווח בין הפסים הצדדיים כדי לאתר את התקלה בפיר ספציפי, ולצפות בצורת הגל כדי לזהות את ההשפעה המחזורית המעידה על שן שבורה — והכל מבלי לפתוח את תיבת ההילוכים. כאשר תיבת ההילוכים גם מניעה או תומכת ברוטור, אותו מכשיר מאמת כי השאריות מֵסַב והרטט הנובע מחוסר איזון נשאר בגבולות התקנים כגון ISO 20816, כך שתקלה מאובחנת בהילוכים אינה מוסתרת על ידי גורמים שאינם קשורים. כאשר היא מתגלה בשלב 1 או 2, תקלה בהילוכים הופכת לתיקון מתוכנן ולא לתקלה בלתי צפויה.
