Analiza vibracija s Balanset-1A: Vodič za početnike u spektralnoj dijagnostici

Uvod: Od balansiranja do dijagnostike — Otključavanje punog potencijala vašeg analizatora vibracija

Uređaj Balanset-1A prvenstveno je poznat kao učinkovit alat za dinamičko balansiranje. Međutim, njegove mogućnosti sežu daleko dalje od toga, što ga čini snažnim i pristupačnim analizatorom vibracija. Opremljen osjetljivim senzorima i softverom za spektralnu analizu brzom Fourierovom transformacijom (FFT), Balanset-1A je izvrstan instrument za sveobuhvatnu analizu vibracija. Ovaj vodič premošćuje prazninu koju je ostavio službeni priručnik, objašnjavajući što podaci o vibracijama otkrivaju o zdravlju stroja.

Ovaj vodič je strukturiran sekvencijalno kako bi vas vodio od osnova do praktične primjene:

• U prvom dijelu postavit će se teorijski temelji, jednostavno i jasno objašnjavajući što je vibracija, kako funkcionira spektralna analiza (FFT) i koji su spektralni parametri ključni za dijagnostičara.
• U odjeljku 2 bit će detaljne upute za dobivanje visokokvalitetnih i pouzdanih vibracijskih spektara pomoću uređaja Balanset-1A u različitim načinima rada, s naglaskom na praktične nijanse koje nisu opisane u standardnim uputama.
• Odjeljak 3 je srž članka. Ovdje će se temeljito analizirati "otisci prstiju" - karakteristični spektralni znakovi najčešćih kvarova: neravnoteže, neusklađenosti, mehaničke labavosti i nedostataka ležajeva.
• U odjeljku 4 stečeno znanje će se integrirati u jedinstveni sustav, nudeći praktične preporuke za provedbu praćenja i jednostavan algoritam za donošenje odluka.

Savladavanjem gradiva u ovom članku moći ćete koristiti Balanset-1A ne samo kao uređaj za balansiranje, već i kao punopravni dijagnostički kompleks početne razine, što vam omogućuje rano prepoznavanje problema, sprječavanje skupih nesreća i značajno povećanje pouzdanosti vaše radne opreme.

Odjeljak 1: Osnove vibracija i spektralne analize (FFT)

1.1. Što je vibracija i zašto je važna?

Bilo koja rotirajuća oprema, bilo da se radi o pumpi, ventilatoru ili elektromotoru, stvara vibracije tijekom rada. Vibracija je mehaničko osciliranje stroja ili njegovih pojedinačnih dijelova u odnosu na njihov ravnotežni položaj. U idealnom, potpuno funkcionalnom stanju, stroj generira nisku i stabilnu razinu vibracija - to je njegova normalna "radna buka". Međutim, kako se kvarovi pojavljuju i razvijaju, ta vibracijska pozadina počinje se mijenjati.

Vibracija je odgovor strukture mehanizma na cikličke pobudne sile. Izvori tih sila mogu biti vrlo raznoliki:

• Centrifugalna sila zbog neravnoteže rotora: Nastaje zbog neravnomjerne raspodjele mase u odnosu na os rotacije. To je takozvana "teška točka" koja tijekom rotacije stvara silu koja se prenosi na ležajeve i kućište stroja.
• Sile povezane s geometrijskim netočnostima: Neusklađenost spojenih osovina, savijanje osovina, pogreške u profilima zubaca mjenjača - sve to stvara cikličke sile koje uzrokuju vibracije.
• Aerodinamičke i hidrodinamičke sile: Nastaju tijekom rotacije rotora u ventilatorima, odvodima dima, pumpama i turbinama.
• Elektromagnetske sile: Karakteristično za elektromotore i generatore i može biti uzrokovano, na primjer, asimetrijom namota ili prisutnošću kratkospojenih zavoja.

Svaki od ovih izvora stvara vibracije s jedinstvenim karakteristikama. Zato je analiza vibracija tako moćan dijagnostički alat. Mjerenjem i analizom vibracija možemo ne samo reći da "stroj snažno vibrira", već i, s visokim stupnjem vjerojatnosti, utvrditi uzrok. Ova napredna dijagnostička mogućnost ključna je za svaki moderni program održavanja.

1.2. Od vremenskog signala do spektra: Jednostavno objašnjenje FFT-a

Senzor vibracija (akcelerometar), ugrađen na kućište ležaja, pretvara mehaničke oscilacije u električni signal. Ako se taj signal prikaže na zaslonu kao funkcija vremena, dobivamo vremenski signal ili valni oblik. Ovaj grafikon prikazuje kako se amplituda vibracija mijenja u svakom trenutku.

Za jednostavan slučaj, poput čiste neravnoteže, vremenski signal će izgledati kao glatki sinusoid. Međutim, u stvarnosti, na stroj gotovo uvijek istovremeno djeluje nekoliko pobudnih sila. Kao rezultat toga, vremenski signal je složena, naizgled kaotična krivulja iz koje je praktički nemoguće izvući korisne dijagnostičke informacije.

Tu u pomoć priskače matematički alat - brza Fourierova transformacija (FFT). Može se zamisliti kao čarobna prizma za vibracijske signale.

Zamislite da je složeni vremenski signal snop bijele svjetlosti. Nama se čini ujedinjenim i nerazlučivim. Ali kada taj snop prolazi kroz staklenu prizmu, razlaže se na svoje sastavne boje - crvenu, narančastu, žutu i tako dalje, tvoreći dugu. FFT čini isto s vibracijskim signalom: uzima složenu krivulju iz vremenske domene i rastavlja je na jednostavne sinusoidne komponente, od kojih svaka ima svoju frekvenciju i amplitudu.

Rezultat ove transformacije prikazan je na grafu koji se naziva vibracijski spektar. Spektar je glavni radni alat za svakoga tko provodi analizu vibracija. Omogućuje vam da vidite što je skriveno u vremenskom signalu: koje "čiste" vibracije čine ukupnu buku stroja.

1.3. Ključni parametri spektra koje treba razumjeti

Spektar vibracija koji ćete vidjeti na ekranu Balanset-1A u načinima rada "Vibrometar" ili "Grafikoni" ima dvije osi, čije je razumijevanje apsolutno neophodno za dijagnostiku.

Horizontalna os (X): Frekvencija

Ova os pokazuje koliko često se oscilacije javljaju i mjeri se u hercima (Hz). 1 Hz je jedna potpuna oscilacija u sekundi. Frekvencija je izravno povezana s izvorom vibracija. Različite mehaničke i električne komponente stroja generiraju vibracije na svojim karakterističnim, predvidljivim frekvencijama. Poznavajući frekvenciju na kojoj se opaža visoki vrhunac vibracije, možemo identificirati krivca - određenu jedinicu ili kvar.

Frekvencija rotacije (1x): Ovo je najvažnija frekvencija u svoj vibracijskoj dijagnostici. Odgovara brzini vrtnje osovine stroja. Na primjer, ako se osovina motora okreće brzinom od 3000 okretaja u minuti (rpm), njegova frekvencija vrtnje bit će: f = 3000 rpm / 60 s/min = 50 Hz. Ova frekvencija označava se kao 1x. Služi kao referentna točka za identifikaciju mnogih drugih nedostataka.

Vertikalna os (Y): Amplituda

Ova os prikazuje intenzitet ili snagu vibracije na svakoj specifičnoj frekvenciji. U uređaju Balanset-1A, amplituda se mjeri u milimetrima u sekundi (mm/s), što odgovara efektivnoj vrijednosti (RMS) brzine vibracije. Što je viši vrh u spektru, to je više energije vibracije koncentrirano na toj frekvenciji i, u pravilu, to je ozbiljniji povezani nedostatak.

Harmonici

Harmonici su frekvencije koje su cjelobrojni višekratnici osnovne frekvencije. Najčešće je osnovna frekvencija rotacijska frekvencija 1x. Stoga će njezini harmonici biti: 2x (drugi harmonik) = 2×1x, 3x (treći harmonik) = 3×1x, 4x (četvrti harmonik) = 4×1x i tako dalje. Prisutnost i relativna visina harmonika nose ključne dijagnostičke informacije. Na primjer, čista neravnoteža manifestira se uglavnom pri 1x s vrlo niskim harmonicima. Međutim, mehanička labavost ili neusklađenost osovine generiraju cijelu "šumu" visokih harmonika (2x, 3x, 4x,...). Analizom omjera amplituda između 1x i njegovih harmonika mogu se razlikovati različite vrste kvarova.

Odjeljak 2: Dobivanje vibracijskog spektra pomoću Balanset-1A

Kvaliteta dijagnostike izravno ovisi o kvaliteti početnih podataka. Netočna mjerenja mogu dovesti do pogrešnih zaključaka, nepotrebnih popravaka ili, obrnuto, do previđanja nastajućeg kvara. Ovaj odjeljak pruža praktičan vodič za prikupljanje točnih i ponovljivih podataka pomoću vašeg uređaja.

2.1. Priprema za mjerenja: Ključ točnih podataka

Prije spajanja kabela i pokretanja programa, potrebno je obratiti posebnu pozornost na ispravnu instalaciju senzora. Ovo je najvažnija faza koja određuje pouzdanost svih sljedećih analiza.

Način montaže: Balanset-1A dolazi s magnetskim podnožjima senzora. Ovo je praktična i brza metoda montaže, ali za njezinu učinkovitost potrebno je poštivati nekoliko pravila. Površina na mjestu mjerenja mora biti:

• Čist: Uklonite prljavštinu, hrđu i ljuštenje boje.
• Stan: Senzor mora biti u ravnini s cijelom površinom magneta. Nemojte ga postavljati na zaobljene površine ili glave vijaka.
• Masivno: Mjerna točka treba biti dio nosive konstrukcije stroja (npr. kućište ležaja), a ne tanki zaštitni poklopac ili rashladno rebro.

Za stacionarno praćenje ili postizanje maksimalne točnosti pri visokim frekvencijama preporučuje se korištenje navojnog spoja (svornjaka) ako to dopušta konstrukcija stroja.

Mjesto: Sile koje nastaju tijekom rada rotora prenose se na kućište stroja kroz ležajeve. Stoga je najbolje mjesto za ugradnju senzora kućište ležajeva. Pokušajte postaviti senzor što bliže ležaju kako biste mjerili vibracije s minimalnim izobličenjem.

Smjer mjerenja: Vibracija je trodimenzionalni proces. Za potpunu sliku stanja stroja, mjerenja treba provesti u tri smjera:

• Radijalno horizontalno (H): Okomito na os osovine, u horizontalnoj ravnini.
• Radijalna okomita (V): Okomito na os osovine, u vertikalnoj ravnini.
• Aksijalni (A): Paralelno s osi osovine.

U pravilu, krutost konstrukcije u horizontalnom smjeru je manja nego u vertikalnom, pa je amplituda vibracija u horizontalnom smjeru često najveća. Zbog toga se horizontalni smjer često odabire za početnu procjenu. Međutim, aksijalne vibracije nose jedinstvene informacije, kritično važne za dijagnosticiranje nedostataka poput neusklađenosti osovine.

Balanset-1A je dvokanalni uređaj, koji se u priručniku prvenstveno razmatra iz perspektive dvoravninskog balansiranja. Međutim, za dijagnostiku to otvara mnogo šire mogućnosti. Umjesto mjerenja vibracija na dva različita ležaja, oba senzora mogu se spojiti na istu ležajnu jedinicu, ali u različitim smjerovima. Na primjer, kanal senzora 1 može se instalirati radijalno (horizontalno), a kanal senzora 2 aksijalno. Istovremeno snimanje spektara u dva smjera omogućuje trenutnu usporedbu aksijalnih i radijalnih vibracija, što je standardna tehnika u profesionalnoj dijagnostici za pouzdano otkrivanje neusklađenosti. Ova metoda značajno proširuje dijagnostičke mogućnosti uređaja, nadilazeći ono što je opisano u priručniku.

2.2. Korak po korak: Korištenje načina rada "Vibrometar" (F5) za brzu procjenu

Ovaj način rada je osmišljen za operativnu kontrolu glavnih parametara vibracija i idealan je za brzu procjenu stanja stroja "na licu mjesta". Postupak za dobivanje spektra u ovom načinu rada je sljedeći:

1. Spojite senzore: Ugradite senzore vibracija na odabrane točke i spojite ih na ulaze X1 i X2 mjerne jedinice. Spojite laserski tahometar na ulaz X3 i pričvrstite reflektirajuću oznaku na osovinu.
2. Pokrenite program: U glavnom prozoru programa Balanset-1A kliknite gumb "F5 - Mjerač vibracija".
3. Otvorit će se radni prozor (slika 7.4 u priručniku). U njegovom gornjem dijelu prikazivat će se digitalne vrijednosti: ukupne vibracije (V1s), vibracije na frekvenciji rotacije (V1o), faza (F1) i brzina rotacije (N rev).
4. Početak mjerenja: Kliknite gumb "F9 - Pokreni". Program će početi prikupljati i prikazivati podatke u stvarnom vremenu.
5. Analizirajte spektar: Na dnu prozora nalazi se graf "Spektar vibracija - kanal 1 i 2 (mm/s)". To je spektar vibracija. Horizontalna os prikazuje frekvenciju u Hz, a vertikalna os prikazuje amplitudu u mm/s.

Ovaj način rada omogućuje prvu, najvažniju dijagnostičku provjeru, preporučenu čak i u priručniku za balansiranje. Usporedite vrijednosti V1s (ukupne vibracije) i V1o (vibracije pri frekvenciji rotacije 1x).

• Ako je V1s≈V1o, to znači da je većina vibracijske energije koncentrirana na rotacijskoj frekvenciji. Glavni uzrok vibracija je najvjerojatnije neravnoteža.
• Ako je V1s≫V1o, to ukazuje na to da značajan dio vibracija uzrokuju drugi izvori (neusklađenost, labavost, nedostaci ležaja itd.). U tom slučaju, jednostavno balansiranje neće riješiti problem i potrebna je dublja analiza spektra.

2.3. Korak po korak: Korištenje načina rada "Grafikoni" (F8) za detaljnu analizu

Za ozbiljnu dijagnostiku koja zahtijeva detaljniji pregled spektra, način rada "Grafikoni" je znatno bolji. Pruža veći i informativniji graf, što olakšava identifikaciju vrhova i analizu njihove strukture. Postupak za dobivanje spektra u ovom načinu rada:

1. Spojite senzore na isti način kao za način rada "Vibrometar".
2. Način pokretanja: U glavnom prozoru programa kliknite gumb "F8 - Grafikoni".
3. Odaberite vrstu grafikona: U otvorenom prozoru (slika 7.19 u priručniku) na vrhu će se nalaziti niz gumba. Kliknite "F5-Spektar (Hz)".
4. Otvorit će se prozor za analizu spektra (slika 7.23 u priručniku). Gornji dio prikazivat će vremenski signal, a donji, glavni dio prikazivat će spektar vibracija.
5. Započnite mjerenje: Kliknite gumb "F9-Pokreni". Uređaj će izvršiti mjerenje i izraditi detaljne grafove.

Spektar dobiven u ovom načinu rada mnogo je praktičniji za analizu. Možete jasnije vidjeti vrhove na različitim frekvencijama, procijeniti njihovu visinu i identificirati harmonijske nizove. Ovaj način rada preporučuje se za dijagnosticiranje kvarova opisanih u sljedećem odjeljku.

Odjeljak 3: Dijagnostika tipičnih kvarova pomoću vibracijskih spektara (do 1000 Hz)

Ovaj odjeljak je praktična srž vodiča. Ovdje ćemo naučiti čitati spektre i povezivati ih sa specifičnim mehaničkim problemima. Radi praktičnosti i brze orijentacije na terenu, glavni dijagnostički pokazatelji sažeti su u konsolidiranoj tablici. To će poslužiti kao brza referenca pri analizi stvarnih podataka.

Tablica 3.1: Sažetak dijagnostičkih pokazatelja

Raskrs	Primarni spektralni potpis	Tipični harmonici	Notes
Neravnoteža	Visoka amplituda pri 1× rotacijskoj frekvenciji	Nisko	Dominira radijalna vibracija. Amplituda se kvadratno povećava s brzinom.
Neusklađenost	Visoka amplituda pri 2× rotacijskoj frekvenciji	1×, 3×, 4×	Često popraćeno aksijalnim vibracijama.
Mehanička labavost	Višestruki harmonici 1× ("šuma" harmonika)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Subharmonici (0,5×, 1,5×) mogu se pojaviti na 1/2x, 3/2x itd. zbog pukotina.
Kvar ležaja	Vrhovi na nesinkronim frekvencijama (BPFO, BPFI, itd.)	Višestruki harmonici frekvencija defekata	Često vidljivo kao bočne vrpce oko vrhova. Zvuči kao "šum" u visokofrekventnom rasponu.
Defekt zupčaničkog zahvata	Visoka frekvencija zupčastog zahvata (GMF) i njegovi harmonici	Bočni pojasevi oko GMF-a pri 1x	Označava istrošenost, oštećenje zuba ili ekscentričnost.

Zatim ćemo detaljno analizirati svaki od ovih nedostataka.

3.1. Neravnoteža: Najčešći problem

Fizički uzrok: Neravnoteža nastaje kada se središte mase rotirajućeg dijela (rotora) ne poklapa s njegovom geometrijskom osi rotacije. To stvara "tešku točku" koja tijekom rotacije generira centrifugalnu silu koja djeluje u radijalnom smjeru i prenosi se na ležajeve i temelj.

Spektralni potpisi: Glavni znak je vrh visoke amplitude strogo na rotacijskoj frekvenciji (1x). Vibracije su pretežno radijalne. Postoje dvije glavne vrste neravnoteže:

Statička neravnoteža (jedna ravnina)

Opis spektra: Spektar je u potpunosti dominiran jednim vrhom na osnovnoj rotacijskoj frekvenciji (1x). Vibracija je sinusoidna, s minimalnom energijom na ostalim frekvencijama.

Kratak opis spektralnih komponenti: Primarno jaka 1x rotacijska frekvencijska komponenta. Malo ili nimalo viših harmonika (čisti 1x ton).

Ključna značajka: Velika 1x amplituda u svim radijalnim smjerovima. Vibracije na oba ležaja su u fazi (nema fazne razlike između dva kraja). Često se opaža fazni pomak od približno 90° između horizontalnih i vertikalnih mjerenja na istom ležaju.

Dinamička neravnoteža (dvostruka / par)

Opis spektra: Spektar također pokazuje dominantni vrh frekvencije jednom po okretaju (1x), sličan statičkoj neravnoteži. Vibracija je na brzini rotacije, bez značajnog sadržaja viših frekvencija ako je neravnoteža jedini problem.

Kratak opis spektralnih komponenti: Dominantna komponenta 1x RPM (često s "njihanjem" ili klimanjem rotora). Viši harmonici su uglavnom odsutni osim ako nisu prisutni drugi kvarovi.

Ključna značajka: 1x vibracija na svakom ležaju je izvan faze — postoji fazna razlika od oko 180° između vibracija na dva kraja rotora (što ukazuje na parnu neravnotežu). Snažan 1x vrh s ovim faznim odnosom znak je dinamičke neravnoteže.

Što učiniti: Ako spektar ukazuje na neravnotežu, mora se provesti postupak balansiranja. Za statičku neravnotežu dovoljno je balansiranje u jednoj ravnini (priručnik, odjeljak 7.4), za dinamičku neravnotežu - balansiranje u dvije ravnine (priručnik, odjeljak 7.5).

3.2. Neusklađenost osovine: Skrivena prijetnja

Fizički uzrok: Do neusklađenosti dolazi kada se osi rotacije dvaju spojenih vratila (npr. vratila motora i vratila pumpe) ne podudaraju. Kada se neusklađena vratila okreću, u spojnici i ležajevima nastaju cikličke sile, što uzrokuje vibracije.

Paralelno neusklađenost (pomaknute osovine)

Opis spektra: Spektar vibracija pokazuje povišenu energiju na osnovnom tonu (1x) i njegovim harmonicima 2x i 3x, posebno u radijalnom smjeru. Tipično, 1x komponenta je dominantna s prisutnim neusklađenošću, popraćenom značajnom 2x komponentom.

Kratak opis spektralnih komponenti: Sadrži značajne vrhove na frekvencijama rotacije osovine 1x, 2x i 3x. Pojavljuju se pretežno u mjerenjima radijalnih vibracija (okomito na osovinu).

Ključna značajka: Visoke 1x i 2x vibracije u radijalnom smjeru su indikativne. Često se opaža fazna razlika od 180° između mjerenja radijalnih vibracija na suprotnim stranama spojke, što je razlikuje od čiste neravnoteže.

Kutno neusklađenje (nagnute osovine)

Opis spektra: Frekvencijski spektar pokazuje jake harmonike brzine osovine, posebno istaknutu komponentu brzine rada 2x uz 1x. Pojavljuju se vibracije pri 1x, 2x (a često i 3x), pri čemu su značajne aksijalne (duž osovine) vibracije.

Kratak opis spektralnih komponenti: Značajni vrhovi pri 1x i 2x (a ponekad i 3x) brzini rada. Komponenta 2x je često jednako velika ili veća od 1x. Ove frekvencije su izražene u spektru aksijalnih vibracija (duž osi stroja).

Ključna značajka: Relativno visoka amplituda drugog harmonika (2x) u usporedbi s 1x, u kombinaciji s jakim aksijalnim vibracijama. Aksijalna mjerenja na obje strane spojnice su 180° izvan faze, što je znak kutnog neusklađenosti.

Što učiniti: Balansiranje ovdje neće pomoći. Zaustavite uređaj i izvršite postupak poravnanja osovine pomoću specijaliziranih alata.

3.3. Mehanička labavost: "Zveckanje" u stroju

Fizički uzrok: Ovaj nedostatak povezan je s gubitkom krutosti u konstrukcijskim spojevima: labavi vijci, pukotine u temeljima, povećani zazori u ležajnim sjedištima. Zbog zazora dolazi do udara, koji stvaraju karakterističan uzorak vibracija.

Mehanička labavost (labavost komponenti)

Opis: Spektar je bogat frekvencijskim komponentama brzine vrtnje. Pojavljuje se širok raspon cjelobrojnih višekratnika broja 1x (od 1x do viših redova, kao što je ~10x) sa značajnim amplitudama. U nekim slučajevima mogu se pojaviti i subharmonijske frekvencije (npr. 0,5x).

Spektralne komponente: Dominantne su višestruke frekvencijske komponente brzine vrtnje (1x, 2x, 3x ... do ~10x). Ponekad djelomične (polucijele) frekvencijske komponente mogu biti prisutne i na 1/2x, 3/2x itd. zbog ponovljenih udara.

Ključna značajka: Karakterističan "niz vrhova" u spektru - brojni ravnomjerno raspoređeni vrhovi na frekvencijama koje su cjelobrojni višekratnici brzine vrtnje. To ukazuje na gubitak krutosti ili nepravilnu montažu dijelova što uzrokuje ponovljene udare. Prisutnost mnogih harmonika (i moguće polucijelobrojnih subharmonika) ključni je pokazatelj.

Konstrukcijska labavost (labavost podloge/montaže)

Opis: U spektru vibracija često dominiraju vibracije na osnovnoj ili dvostrukoj rotacijskoj frekvenciji. Obično se vrh pojavljuje na 1x i/ili 2x. Viši harmonici (iznad 2x) obično imaju mnogo manje amplitude u usporedbi s tim glavnim.

Spektralne komponente: Pretežno prikazuje frekvencijske komponente pri brzinama osovine 1x i 2x. Ostali harmonici (3x, 4x itd.) obično su odsutni ili su beznačajni. Komponenta 1x ili 2x može dominirati ovisno o vrsti labavosti (npr. jedan udar po okretaju ili dva udara po okretaju).

Ključna značajka: Primjetno visoki vrhovi na 1x ili 2x (ili oboje) u odnosu na ostatak spektra, što ukazuje na labavost ležajeva ili strukture. Vibracija je jača u vertikalnom smjeru ako je stroj labavo montiran. Jedan ili dva dominantna vrha nižeg reda s malim brojem harmonika višeg reda karakteristični su za labavost strukture ili temelja.

Što učiniti: Potreban je temeljit pregled jedinice. Provjerite sve dostupne pričvrsne vijke (ležajevi, kućište). Pregledajte okvir i temelj na pukotine. Ako postoji unutarnja labavost (npr. sjedište ležaja), možda će biti potrebno rastavljanje jedinice.

3.4. Nedostaci kotrljajućih ležajeva: Rano upozorenje

Fizički uzrok: Pojava defekata (rupice, odlomci, trošenje) na kotrljajućim površinama (unutarnji prsten, vanjski prsten, kotrljajući elementi) ili na kavezu. Svaki put kada se kotrljajući element kotrlja preko defekta, javlja se kratki udarni impuls. Ti impulsi se ponavljaju na specifičnoj frekvenciji karakterističnoj za svaki element ležaja.

Spektralni potpisi: Nedostaci ležaja pojavljuju se kao vrhovi na nesinkronim frekvencijama, tj. na frekvencijama koje nisu cjelobrojni višekratnici frekvencije rotacije (1x). Te frekvencije (BPFO - frekvencija nedostatka vanjskog prstena, BPFI - unutarnji prsten, BSF - kotrljajući element, FTF - kavez) ovise o geometriji ležaja i brzini rotacije. Za početnika u dijagnostici nije potrebno izračunati njihove točne vrijednosti. Glavno je naučiti prepoznati njihovu prisutnost u spektru.

Defekt vanjskog koluta

Opis spektra: Spektar vibracija pokazuje niz vrhova koji odgovaraju frekvenciji defekta vanjskog prstena i njegovim harmonicima. Ti vrhovi su obično na višim frekvencijama (ne cjelobrojnim višekratnicima rotacije osovine) i pokazuju svaki put kada kotrljajući element pređe preko defekta vanjskog prstena.

Kratak opis spektralnih komponenti: Prisutni su višestruki harmonici frekvencije prolaska kuglice vanjskog prstena (BPFO). Obično se u spektru može uočiti 8-10 harmonika BPFO-a za izraženi kvar vanjskog prstena. Razmak između tih vrhova jednak je BPFO-u (karakteristična frekvencija određena geometrijom ležaja i brzinom).

Ključna značajka: Izrazit niz vrhova na BPFO-u i njegovim uzastopnim harmonicima je karakterističan. Prisutnost brojnih ravnomjerno raspoređenih visokofrekventnih vrhova (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) jasno ukazuje na defekt vanjskog prstena ležaja.

Defekt unutarnjeg trkaća

Opis spektra: Spektar kvara unutarnjeg kruga pokazuje nekoliko istaknutih vrhova na frekvenciji kvara unutarnjeg kruga i njegovim harmonicima. Osim toga, svaki od ovih vrhova frekvencije kvara obično je popraćen vrhovima bočnog pojasa razmaknutim na frekvenciji brzine rada (1x).

Kratak opis spektralnih komponenti: Sadrži više harmonika frekvencije prolaska kuglice unutarnjeg prstena (BPFI), često reda veličine 8-10 harmonika. Karakteristično je da su ovi BPFI vrhovi modulirani bočnim pojasevima pri ±1x RPM - što znači da se pored svakog BPFI harmonika pojavljuju manji bočni vrhovi, odvojeni od glavnog vrha za količinu jednaku frekvenciji rotacije vratila.

Ključna značajka: Znak upozorenja je prisutnost harmonika frekvencije defekta unutarnjeg koluta (BPFI) s uzorkom bočnog pojasa. Bočni pojasevi razmaknuti pri brzini osovine oko BPFI harmonika ukazuju na to da se defekt unutarnjeg koluta opterećuje jednom po okretu, što potvrđuje problem s unutarnjim kolutom, a ne s vanjskim kolutom.

Defekt kotrljajućeg elementa (kuglica/valjak)

Opis spektra: Defekt kotrljajućeg elementa (kuglice ili valjka) proizvodi vibracije na frekvenciji vrtnje kotrljajućeg elementa i njegovim harmonicima. Spektar će pokazati niz vrhova koji nisu cjelobrojni višekratnici brzine osovine, već višekratnici frekvencije vrtnje kuglice/valjka (BSF). Jedan od ovih harmonijskih vrhova često je znatno veći od ostalih, što odražava koliko je kotrljajućih elemenata oštećeno.

Kratak opis spektralnih komponenti: Vrhovi na osnovnoj frekvenciji defekta kotrljajućeg elementa (BSF) i njegovim harmonicima. Na primjer, pojavit će se BSF, 2xBSF, 3xBSF itd. Značajno je da amplitudski uzorak ovih vrhova može ukazivati na broj oštećenih elemenata - npr. ako je drugi harmonik najveći, to bi moglo sugerirati da dvije kuglice/valjci imaju krhotine. Često to prati i neka vibracija na frekvencijama kvara kotrljajućeg elementa, jer oštećenje kotrljajućeg elementa često dovodi i do oštećenja kotrljajućeg elementa.

Ključna značajka: Prisutnost niza vrhova razmaknutih BSF-om (frekvencija vrtnje elementa ležaja), a ne frekvencijom rotacije vratila, identificira defekt kotrljajućeg elementa. Posebno visoka amplituda N-tog harmonika BSF-a često implicira da je N elemenata oštećeno (npr. vrlo visok vrh 2xBSF može ukazivati na dvije kuglice s defektima).

Kvar kaveza (kavez ležaja / FTF)

Opis spektra: Defekt kaveza (separatora) u kotrljajućem ležaju uzrokuje vibracije na frekvenciji rotacije kaveza – osnovnoj frekvenciji vlaka (FTF) – i njegovim harmonicima. Ove frekvencije su obično subsinkrone (ispod brzine osovine). Spektar će pokazati vrhove na FTF, 2xFTF, 3xFTF itd., a često i neku interakciju s drugim frekvencijama ležajeva zbog modulacije.

Kratak opis spektralnih komponenti: Niskofrekventni vrhovi koji odgovaraju rotacijskoj frekvenciji kaveza (FTF) i njezinim cjelobrojnim višekratnicima. Na primjer, ako je FTF ≈ 0,4x brzine osovine, možete vidjeti vrhove na ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x itd. U mnogim slučajevima, defekt kaveza koegzistira s defektima utrke, pa FTF može modulirati signale defekta utrke, stvarajući frekvencije zbroja/razlike (bočne pojaseve oko frekvencija utrke).

Ključna značajka: Jedan ili više subharmonijskih vrhova (ispod 1x) koji su poravnati s brzinom rotacije kaveza ležaja (FTF) ukazuju na problem s kavezom. To se često pojavljuje uz druge indikacije kvara ležaja. Ključni znak je prisutnost FTF-a i njegovih harmonika u spektru, što je inače neuobičajeno osim ako kavez ne otkazuje.

Što učiniti: Pojava frekvencija ležajeva poziv je na djelovanje. Potrebno je pojačati praćenje ove jedinice, provjeriti stanje podmazivanja i što prije započeti s planiranjem zamjene ležajeva.

3.5. Kvarovi zupčanika

Ekscentričnost zupčanika / Savijena osovina

Opis spektra: Ovaj kvar uzrokuje modulaciju vibracija zahvata zupčanika. U spektru, vrh frekvencije zahvata zupčanika (GMF) okružen je vrhovima bočnog pojasa razmaknutim na frekvenciji rotacije osovine zupčanika (1x okretaji zupčanika u minuti). Često su i vlastite vibracije zupčanika, 1x brzine rada, povišene zbog efekta ekscentričnosti sličnog neuravnoteženosti.

Kratak opis spektralnih komponenti: Značajno povećanje amplitude na frekvenciji mreže zupčanika i njegovim nižim harmonicima (npr. 1x, 2x, 3x GMF). Jasne bočne vrpce pojavljuju se oko GMF-a (a ponekad i oko njegovih harmonika) u intervalima jednakim 1x brzini rotacije zahvaćenog zupčanika. Prisutnost ovih bočnih vrpci ukazuje na modulaciju amplitude frekvencije mreže rotacijom zupčanika.

Ključna značajka: Frekvencija zahvata zupčanika s izraženim bočnim pojasevima pri 1x frekvenciji zupčanika je karakteristična značajka. Ovaj uzorak bočnih pojaseva (vrhovi jednako raspoređeni oko GMF-a brzinom rada) snažno ukazuje na ekscentricitet zupčanika ili savijeno vratilo zupčanika. Osim toga, osnovna vibracija zupčanika (1x) može biti veća od normalne.

Istrošenost ili oštećenje zuba zupčanika

Opis spektra: Kvarovi zuba zupčanika (poput istrošenih ili slomljenih zuba) uzrokuju povećanje vibracija na frekvenciji zahvata zupčanika i njegovim harmonicima. Spektar često pokazuje višestruke GMF vrhove (1xGMF, 2xGMF itd.) visoke amplitude. Osim toga, oko ovih GMF vrhova pojavljuju se brojne bočne frekvencije, razmaknute frekvencijom rotacije vratila. U nekim slučajevima može se uočiti i pobuđivanje vlastitih frekvencija zupčanika (rezonancija) bočnim pojasevima.

Kratak opis spektralnih komponenti: Povišeni vrhovi na frekvenciji zahvata zupčanika (frekvencija zahvata zuba) i njegovim harmonicima (na primjer, 2xGMF). Oko svakog glavnog harmonika GMF-a postoje vrhovi bočnih pojaseva odvojeni brzinom rada 1x. Broj i veličina bočnih pojaseva oko komponenti 1x, 2x, 3x GMF-a imaju tendenciju povećanja s težinom oštećenja zuba. U težim slučajevima mogu se pojaviti dodatni vrhovi koji odgovaraju rezonantnim frekvencijama zupčanika (s vlastitim bočnim pojasevima).

Ključna značajka: Višestruki visokoamplitudni harmonici frekvencije mreže zupčanika popraćeni gustim uzorcima bočnih pojaseva su obilježje. To ukazuje na nepravilan prolaz zuba zbog istrošenosti ili slomljenog zuba. Jako istrošen ili oštećen zupčanik pokazat će opsežne bočne pojaseve (u intervalima brzine 1x zupčanika) oko vrhova frekvencije mreže, što ga razlikuje od zdravog zupčanika (koji bi imao čišći spektar koncentriran na GMF-u).

Što učiniti: Pojava frekvencija povezanih s zupčanicima zahtijeva veću pozornost. Preporučuje se provjeriti stanje ulja u mjenjaču na metalne čestice i zakazati pregled mjenjača kako bi se procijenilo istrošenost ili oštećenje zuba.

Važno je razumjeti da u stvarnim uvjetima strojevi rijetko pate samo od jednog kvara. Vrlo često, spektar je kombinacija znakova nekoliko nedostataka, poput neravnoteže i neusklađenosti. To može biti zbunjujuće za početnika dijagnostičara. U takvim slučajevima vrijedi jednostavno pravilo: prvo se pozabavite problemom koji odgovara vrhu s najvećom amplitudom. Često jedan ozbiljan kvar (npr. teška neusklađenost) uzrokuje sekundarne probleme, poput povećanog trošenja ležajeva ili otpuštanja pričvršćivača. Uklanjanjem temeljnog uzroka možete značajno smanjiti manifestaciju sekundarnih nedostataka.

Odjeljak 4: Praktične preporuke i sljedeći koraci

Nakon što ste savladali osnove interpretacije spektra, napravili ste prvi i najvažniji korak. Sada je potrebno integrirati to znanje u vašu svakodnevnu praksu održavanja. Ovaj odjeljak posvećen je tome kako prijeći s jednokratnih mjerenja na sustavni pristup i kako koristiti dobivene podatke za donošenje informiranih odluka.

4.1. Od pojedinačnog mjerenja do praćenja: Moć trendova

Jedan spektar je samo "snimka" stanja stroja u danom trenutku. Može biti vrlo informativan, ali njegova prava vrijednost otkriva se u usporedbi s prethodnim mjerenjima. Taj se proces naziva praćenje stanja ili analiza trenda.

Ideja je vrlo jednostavna: umjesto da se stanje stroja procjenjuje prema apsolutnim vrijednostima vibracija („dobro“ ili „loše“), prati se kako se te vrijednosti mijenjaju tijekom vremena. Sporo, postupno povećanje amplitude na određenoj frekvenciji ukazuje na sustavno trošenje, dok je nagli skok alarmni signal koji ukazuje na brzi razvoj kvara.

Praktični savjet:

• Izradite osnovni spektar: Provedite temeljito mjerenje na novoj, nedavno popravljenoj ili poznato ispravnoj opremi. Spremite ove podatke (spektre i numeričke vrijednosti) u arhivu programa Balanset-1A. Ovo je vaš "referentni pokazatelj ispravnosti" za ovaj stroj.
• Utvrdite periodičnost: Odredite koliko često ćete provoditi kontrolna mjerenja. Za kritično važnu opremu to može biti jednom svaka dva tjedna; za pomoćnu opremu jednom mjesečno ili tromjesečno.
• Osigurajte ponovljivost: Mjerenja svaki put provodite na istim točkama, u istim smjerovima i, ako je moguće, pod istim uvjetima rada stroja (opterećenje, temperatura).
• Usporedi i analiziraj: Nakon svakog novog mjerenja, usporedite dobiveni spektar s osnovnim i prethodnim. Obratite pozornost ne samo na pojavu novih vrhova već i na povećanje amplitude postojećih. Naglo povećanje amplitude bilo kojeg vrha (npr. dvostruko u usporedbi s prethodnim mjerenjem) pouzdan je signal razvoja defekta, čak i ako je apsolutna vrijednost vibracije još uvijek unutar prihvatljivih granica prema ISO standardima.

4.2. Kada uravnotežiti, a kada potražiti drugi uzrok?

Krajnji cilj dijagnostike nije samo pronaći kvar, već donijeti ispravnu odluku o potrebnim radnjama. Na temelju spektralne analize može se izgraditi jednostavan i učinkovit algoritam za donošenje odluka.

Algoritam djelovanja temeljen na analizi spektra:

1. Dobijte visokokvalitetni spektar pomoću Balanset-1A, po mogućnosti u načinu rada "Grafikoni" (F8), mjerenjem u radijalnom i aksijalnom smjeru.
2. Odredite vrh s najvećom amplitudom. On ukazuje na dominantan problem koji treba prvo riješiti.
3. Odredite vrstu kvara prema frekvenciji ovog vrha:
   • Ako dominira 1x vrh: Najvjerojatniji uzrok je neravnoteža.
     Akcijski: Izvršite postupak dinamičkog balansiranja koristeći funkcionalnost uređaja Balanset-1A.
   • Ako 2x vrh dominira (osobito ako je visok u aksijalnom smjeru): Najvjerojatniji uzrok je neusklađenost osovine.
     Akcijski: Balansiranje je neučinkovito. Potrebno je zaustaviti uređaj i izvršiti poravnanje osovine.
   • Ako se promatra "šuma" od mnogih harmonika (1x, 2x, 3x,...): Najvjerojatniji uzrok je mehanička labavost.
     Akcijski: Provedite vizualni pregled. Provjerite i zategnite sve pričvrsne vijke. Pregledajte okvir i temelj na pukotine.
   • Ako nesinkroni vrhovi dominiraju u srednjem ili visokom frekvencijskom rasponu: Najvjerojatniji uzrok je kvar kotrljajućeg ležaja.
     Akcijski: Provjerite podmazivanje u ležajnoj jedinici. Počnite planirati zamjenu ležaja. Povećajte učestalost praćenja ove jedinice kako biste pratili brzinu razvoja nedostataka.
   • Ako dominira frekvencija zahvata zupčanika (GMF) s bočnim pojasevima: Najvjerojatniji uzrok je kvar mjenjača.
     Akcijski: Provjerite stanje ulja u mjenjaču. Zakažite pregled mjenjača kako biste procijenili istrošenost ili oštećenje zuba.

Ovaj jednostavan algoritam omogućuje prijelaz s apstraktne analize na konkretne, ciljane radnje održavanja, što je krajnji cilj svih dijagnostičkih radova.

Zaključak

Uređaj Balanset-1A, izvorno dizajniran kao specijalizirani alat za balansiranje, ima znatno veći potencijal. Mogućnost dobivanja i prikaza spektara vibracija pretvara ga u moćan analizator vibracija početne razine. Ovaj članak je zamišljen kao most između operativnih mogućnosti uređaja opisanog u priručniku i temeljnog znanja potrebnog za tumačenje dobivenih podataka iz vaših sesija analize vibracija.

Savladavanje osnovnih vještina spektralne analize nije samo proučavanje teorije, već stjecanje praktičnog alata za povećanje učinkovitosti vašeg rada. Razumijevanje kako se različiti kvarovi - neravnoteža, neusklađenost, labavost i nedostaci ležajeva - manifestiraju kao jedinstveni "otisci prstiju" na spektru vibracija omogućuje vam da pogledate unutar stroja u radu bez rastavljanja.

Ključne zaključke iz ovog vodiča:

• Vibracija je informacija. Svaki vrh u spektru nosi informaciju o specifičnom procesu koji se odvija u mehanizmu.
• FFT je vaš prevoditelj. Brza Fourierova transformacija prevodi složeni i kaotični jezik vibracija u jednostavan i razumljiv jezik frekvencija i amplituda.
• Dijagnostika je prepoznavanje obrazaca. Učenjem prepoznavanja karakterističnih spektralnih obrazaca za veće nedostatke, možete brzo i točno odrediti uzrok povećanih vibracija.
• Trendovi su važniji od apsolutnih vrijednosti. Redovito praćenje i usporedba trenutnih podataka s osnovnim podacima osnova su prediktivnog pristupa, što omogućuje prepoznavanje problema u najranijoj fazi.

Put do toga da postanete samouvjereni i kompetentni analitičar vibracija zahtijeva vrijeme i praksu. Ne bojte se eksperimentirati, prikupljati podatke s različite opreme i stvoriti vlastitu biblioteku "spektara zdravlja" i "spektara bolesti". Ovaj vodič vam je pružio kartu i kompas. Koristite Balanset-1A ne samo za "liječenje" simptoma balansiranjem, već i za postavljanje točne "dijagnoze". Ovaj pristup omogućit će vam značajno povećanje pouzdanosti vaše opreme, smanjenje broja hitnih isključenja i prelazak na kvalitativno novu razinu održavanja.