Geležinkelio lokomotyvų komponentų vibracijos diagnostika: išsamus vadovas remonto inžinieriams

2.3.1.1. Vibracijos pagrindai: virpesių jėgos ir vibracija besisukančioje įrangoje

Pagrindiniai mechaninio virpesio principai

Mechaninė vibracija atspindi mechaninių sistemų osciliacinį judėjimą aplink jų pusiausvyros padėtis. Inžinieriai, dirbantys su lokomotyvų komponentais, turi suprasti, kad vibracija pasireiškia trimis pagrindiniais parametrais: poslinkiu, greičiu ir pagreičiu. Kiekvienas parametras suteikia unikalių įžvalgų apie įrangos būklę ir eksploatacines charakteristikas.

Vibracijos poslinkis matuoja faktinį fizinį komponento judėjimą iš jo ramybės būsenos. Šis parametras yra ypač vertingas analizuojant žemo dažnio vibracijas, paprastai aptinkamas besisukančių mechanizmų disbalanso ir pamatų problemų atveju. Poslinkio amplitudė tiesiogiai koreliuoja su guolių paviršių ir jungiamųjų komponentų nusidėvėjimo modeliais.

Vibracijos greitis rodo poslinkio kitimo greitį laikui bėgant. Šis parametras pasižymi išskirtiniu jautrumu mechaniniams gedimams plačiame dažnių diapazone, todėl yra plačiausiai naudojamas parametras pramoniniame vibracijos stebėjime. Greičio matavimai efektyviai aptinka besivystančius reduktorių, variklio guolių ir movų sistemų gedimus, kol jie nepasiekia kritinių etapų.

Vibracijos pagreitis matuoja greičio kitimo greitį laikui bėgant. Aukšto dažnio pagreičio matavimai puikiai tinka aptikti ankstyvos stadijos guolių defektus, krumpliaračių dantų pažeidimus ir su smūgiu susijusius reiškinius. Pagreičio parametras tampa vis svarbesnis stebint didelio greičio pagalbines mašinas ir nustatant smūgines apkrovas.

Laikotarpio ir dažnio charakteristikos

Periodas (T) reiškia laiką, reikalingą vienam pilnam virpesių ciklui, o dažnis (f) – ciklų skaičių per laiko vienetą. Šie parametrai sudaro visų lokomotyvų diagnostikoje naudojamų vibracijų analizės metodų pagrindą.

Geležinkelio lokomotyvų komponentai veikia įvairiuose dažnių diapazonuose. Aširačių sukimosi dažniai įprasto darbo metu paprastai svyruoja nuo 5 iki 50 Hz, o krumpliaračių sujungimo dažniai svyruoja nuo 200 iki 2000 Hz, priklausomai nuo pavarų perdavimo skaičiaus ir sukimosi greičio. Guolių defektų dažniai dažnai pasireiškia 500–5000 Hz diapazone, todėl reikalingi specialūs matavimo ir analizės metodai.

Absoliutinės ir santykinės vibracijos matavimai

Absoliutiniai vibracijos matavimai susieja vibracijos amplitudę su fiksuota koordinačių sistema, paprastai žemės arba inercine atskaitos sistema. Seisminiai akselerometrai ir greičio keitikliai atlieka absoliučius matavimus naudodami vidines inercines mases, kurios lieka nejudančios, kol jutiklio korpusas juda kartu su stebimu komponentu.

Santykinės vibracijos matavimai lygina vieno komponento vibraciją su kito judančio komponento vibracija. Ant guolių korpusų sumontuoti artumo zondai matuoja veleno vibraciją guolio atžvilgiu, pateikdami svarbią informaciją apie rotoriaus dinamiką, šiluminį augimą ir guolio prošvaisos pokyčius.

Lokomotyvų taikymuose inžinieriai daugumai diagnostinių procedūrų paprastai naudoja absoliučius matavimus, nes jie suteikia išsamią informaciją apie komponentų judėjimą ir gali aptikti tiek mechanines, tiek konstrukcines problemas. Santykiniai matavimai tampa būtini analizuojant dideles besisukančias mašinas, kai veleno judėjimas guolių atžvilgiu rodo vidinio laisvumo problemas arba rotoriaus nestabilumą.

Linijiniai ir logaritminiai matavimo vienetai

Linijiniai matavimo vienetai išreiškia vibracijos amplitudę tiesioginiais fiziniais dydžiais, tokiais kaip milimetrai (mm) poslinkiui, milimetrai per sekundę (mm/s) greičiui ir metrai per sekundę kvadratu (m/s²) pagreičiui. Šie vienetai palengvina tiesioginę koreliaciją su fiziniais reiškiniais ir leidžia intuityviai suprasti vibracijos stiprumą.

Logaritminiai vienetai, ypač decibelai (dB), suspaudžia plačius dinaminius diapazonus į lengvai valdomas skales. Decibelų skalė yra ypač vertinga analizuojant plačiajuosčius virpesių spektrus, kur amplitudės pokyčiai apima kelias dydžio eiles. Daugelis šiuolaikinių virpesių analizatorių siūlo tiek tiesinius, tiek logaritminius rodymo variantus, kad atitiktų skirtingus analizės reikalavimus.

Tarptautiniai standartai ir reguliavimo sistema

Tarptautinė standartizacijos organizacija (ISO) nustato pasauliniu mastu pripažintus vibracijos matavimo ir analizės standartus. ISO 10816 serija apibrėžia vibracijos stiprumo kriterijus įvairioms mašinų klasėms, o ISO 13373 apima būklės stebėjimo ir diagnostikos procedūras.

Geležinkelio pritaikymams inžinieriai turi atsižvelgti į konkrečius standartus, taikomus unikalioms eksploatavimo aplinkoms. ISO 14837-1 pateikia geležinkelio sistemoms skirtas žemės vibracijos gaires, o EN 15313 nustato geležinkelio pritaikymo specifikacijas aširačių ir vežimėlių rėmų konstrukcijai, atsižvelgiant į vibracijos aspektus.

Rusijos GOST standartai papildo tarptautinius reikalavimus regionams būdingomis nuostatomis. GOST 25275 apibrėžia besisukančių mašinų vibracijos matavimo procedūras, o GOST R 52161 – geležinkelio riedmenų vibracijos bandymų reikalavimus.

Vibracijos signalų klasifikacijos

Periodinė vibracija kartoja identiškus modelius reguliariais laiko intervalais. Besisukantys mechanizmai generuoja daugiausia periodinius vibracijos signalus, susijusius su sukimosi greičiu, krumpliaračių sujungimo dažniais ir guolių elementų praėjimais. Šie nuspėjami modeliai leidžia tiksliai nustatyti gedimus ir įvertinti jų sunkumą.

Atsitiktinė vibracija pasižymi statistinėmis, o ne deterministinėmis savybėmis. Trinties sukelta vibracija, turbulentinio srauto triukšmas ir kelio/bėgio sąveika sukuria atsitiktinius vibracijos komponentus, kuriems tinkamai interpretuoti reikalingi statistinės analizės metodai.

Trumpalaikė vibracija įvyksta kaip pavieniai įvykiai, turintys ribotą trukmę. Smūginės apkrovos, krumpliaračių dantų sukibimas ir guolio elementų smūgiai sukuria trumpalaikius virpesių požymius, kuriems reikalingi specializuoti analizės metodai, tokie kaip sinchroninis vidurkinimas ir gaubtinės analizė.

Vibracijos amplitudės aprašai

Inžinieriai naudoja įvairius amplitudės deskriptorius, kad efektyviai apibūdintų vibracijos signalus. Kiekvienas deskriptorius suteikia unikalių įžvalgų apie vibracijos charakteristikas ir gedimų vystymosi modelius.

Didžiausia amplitudė reiškia didžiausią momentinę vertę, atsirandančią matavimo laikotarpiu. Šis parametras efektyviai identifikuoja smūgio tipo įvykius ir smūgines apkrovas, tačiau gali netiksliai atspindėti nuolatinius vibracijos lygius.

Vidutinė kvadratinė (RMS) amplitudė pateikia efektyvų vibracijos signalo energijos kiekį. RMS vertės gerai koreliuoja su mašinos nusidėvėjimo greičiu ir energijos išsisklaidymu, todėl šis parametras idealiai tinka tendencijų analizei ir vibracijos stiprumo vertinimui.

Vidutinė amplitudė reiškia absoliučių amplitudės verčių aritmetinį vidurkį per matavimo laikotarpį. Šis parametras gerai koreliuoja su paviršiaus apdaila ir dilimo charakteristikomis, tačiau gali nepakankamai įvertinti protarpinius defektų požymius.

Didžiausia amplitudė matuoja bendrą nuokrypį tarp maksimalių teigiamų ir neigiamų amplitudės verčių. Šis parametras yra vertingas vertinant su laisvumu susijusias problemas ir nustatant mechaninį laisvumą.

Kranto koeficientas rodo didžiausios amplitudės ir RMS amplitudės santykį, suteikiantį įžvalgų apie signalo charakteristikas. Maži amplitudės koeficientai (1,4–2,0) rodo daugiausia sinusoidinę vibraciją, o dideli amplitudės koeficientai (> 4,0) rodo impulsyvų arba smūginį elgesį, būdingą besivystantiems guolių gedimams.

Vibracijos jutiklių technologijos ir montavimo metodai

Akselerometrai yra universaliausi vibracijos jutikliai, skirti lokomotyvų taikymams. Pjezoelektriniai akselerometrai generuoja elektros krūvį, proporcingą taikomam pagreičiui, užtikrindami puikų dažnio atsaką nuo 2 Hz iki 10 kHz su minimaliu fazės iškraipymu. Šie jutikliai pasižymi išskirtiniu patvarumu atšiauriomis geležinkelio sąlygomis, išlaikydami didelį jautrumą ir mažą triukšmo lygį.

Greičio keitikliai naudoja elektromagnetinės indukcijos principus, kad generuotų įtampos signalus, proporcingus vibracijos greičiui. Šie jutikliai puikiai tinka žemo dažnio taikymams (0,5–1000 Hz) ir užtikrina geresnius signalo ir triukšmo santykius mašinų stebėjimo taikymuose. Tačiau didesnis jų dydis ir jautrumas temperatūrai gali apriboti montavimo galimybes kompaktiškuose lokomotyvų komponentuose.

Artumo zondai naudoja sūkurinių srovių principus, kad matuotų santykinį poslinkį tarp jutiklio ir taikinio paviršiaus. Šie jutikliai yra neįkainojami veleno vibracijos stebėjimui ir guolio laisvumo įvertinimui, tačiau juos reikia kruopščiai sumontuoti ir kalibruoti.

Tinkamas jutiklio montavimas daro didelę įtaką matavimo tikslumui ir patikimumui. Inžinieriai turi užtikrinti tvirtą mechaninį jutiklio ir stebimo komponento sujungimą, kad būtų išvengta rezonanso efektų ir signalo iškraipymo. Srieginės smeigės užtikrina optimalų tvirtinimą nuolatiniam montavimui, o magnetiniai pagrindai suteikia patogumo periodiniams matavimams ant feromagnetinių paviršių.

Sukamosios įrangos vibracijos kilmė

Mechaninių vibracijų šaltiniai kyla dėl masės disbalanso, nesutapimo, laisvumo ir dilimo. Nesubalansuoti besisukantys komponentai sukuria išcentrines jėgas, proporcingas sukimosi greičio kvadratui, sukeldami vibraciją sukimosi dažniu ir jo harmonikomis. Nesutapimas tarp sujungtų velenų sukelia radialines ir ašines vibracijos komponentes sukimosi dažniu ir dvigubu sukimosi dažniu.

Elektromagnetinių virpesių šaltiniai kyla dėl magnetinių jėgų svyravimų elektros varikliuose. Oro tarpo ekscentricitetas, rotoriaus strypo defektai ir statoriaus apvijų gedimai sukuria elektromagnetines jėgas, kurios moduliuojasi ties linijos dažniu ir jo harmonikomis. Šios jėgos sąveikauja su mechaniniais rezonansais ir sukuria sudėtingus virpesių parašus, kuriems reikalingi sudėtingi analizės metodai.

Aerodinaminių ir hidrodinaminių virpesių šaltiniai atsiranda dėl skysčio srauto sąveikos su besisukančiais komponentais. Ventiliatoriaus menčių judėjimas, siurblio menčių sąveika ir turbulentinis srauto atsiskyrimas sukelia vibraciją menčių/menčių judėjimo dažniuose ir jų harmonikose. Šie šaltiniai tampa ypač reikšmingi pagalbinėse mašinose, veikiančiose dideliu greičiu ir kurioms keliami dideli skysčių srauto reikalavimai.

2.3.1.2. Lokomotyvų sistemos: WMB, WGB, AM ir jų komponentai kaip svyruojančios sistemos

Sukamosios įrangos klasifikacija lokomotyvų taikymuose

Lokomotyvo sukimosi įranga apima tris pagrindines kategorijas, kurių kiekviena pasižymi unikaliomis vibracijos charakteristikomis ir diagnostiniais iššūkiais. Aširačių-variklio blokai (WMB) integruoja traukos variklius tiesiogiai su varančiaisiais aširačiais, sukurdami sudėtingas dinamines sistemas, kurioms įtakos turi tiek elektrinės, tiek mechaninės sužadinimo jėgos. Aširačių-krumpliaračių blokai (WGB) naudoja tarpines pavarų reduktorius tarp variklių ir aširačių, sukurdami papildomus vibracijos šaltinius per krumpliaračių sąveiką. Pagalbinės mašinos (AM) apima aušinimo ventiliatorius, oro kompresorius, hidraulinius siurblius ir kitą pagalbinę įrangą, veikiančią nepriklausomai nuo pagrindinių traukos sistemų.

Šios mechaninės sistemos pasižymi osciliaciniu elgesiu, kurį lemia pagrindiniai dinamikos ir vibracijos teorijos principai. Kiekvienas komponentas turi natūralius dažnius, kuriuos lemia masės pasiskirstymas, standumo charakteristikos ir ribinės sąlygos. Šių natūralių dažnių supratimas tampa labai svarbus siekiant išvengti rezonansinių sąlygų, kurios gali sukelti per dideles vibracijos amplitudes ir pagreitintą komponentų susidėvėjimą.

Osciliacinės sistemos klasifikacijos

Laisvieji virpesiai atsiranda, kai sistemos vibruoja natūraliaisiais dažniais po pradinio trikdžio be nuolatinio išorinio poveikio. Lokomotyvų taikymuose laisvieji virpesiai pasireiškia paleidimo ir išjungimo pereinamųjų procesų metu, kai sukimosi greitis viršija natūraliuosius dažnius. Šios pereinamosios sąlygos suteikia vertingos diagnostinės informacijos apie sistemos standumą ir slopinimo charakteristikas.

Priverstiniai virpesiai atsiranda dėl nuolatinių periodinių sužadinimo jėgų, veikiančių mechanines sistemas. Sukamasis disbalansas, krumpliaračių sujungimo jėgos ir elektromagnetinis sužadinimas sukuria priverstines vibracijas tam tikrais dažniais, susijusiais su sukimosi greičiais ir sistemos geometrija. Priverstinių vibracijų amplitudės priklauso nuo sužadinimo dažnio ir sistemos natūraliųjų dažnių santykio.

Parametriniai virpesiai atsiranda, kai sistemos parametrai periodiškai kinta laikui bėgant. Laikui bėgant kintantis krumpliaračių sąlyčio standumas, guolio prošvaisos pokyčiai ir magnetinio srauto svyravimai sukuria parametrinį sužadinimą, kuris gali sukelti nestabilų vibracijos augimą net ir be tiesioginės jėgos.

Savaime sužadinti virpesiai (autoosciliacijos) išsivysto, kai sistemos energijos išsklaidymo mechanizmai tampa neigiami, dėl ko atsiranda ilgalaikis vibracijos augimas be išorinės periodinės jėgos. Trinties sukeltas atšokinėjantis elgesys, aerodinaminis plazdėjimas ir tam tikri elektromagnetiniai nestabilumai gali sukelti savaime sužadintas vibracijas, kurioms sumažinti reikalingas aktyvus valdymas arba konstrukcijos modifikacijos.

Natūralaus dažnio nustatymas ir rezonanso reiškiniai

Natūralūs dažniai atspindi mechaninių sistemų vibracijos charakteristikas, nepriklausančias nuo išorinio sužadinimo. Šie dažniai priklauso tik nuo sistemos masės pasiskirstymo ir standumo savybių. Paprastoms vieno laisvės laipsnio sistemoms natūralusis dažnis apskaičiuojamas pagal nusistovėjusias formules, susijusias su masės ir standumo parametrais.

Sudėtingi lokomotyvų komponentai pasižymi keliais natūraliaisiais dažniais, atitinkančiais skirtingus virpesių režimus. Lenkimo, sukimo ir susietieji režimai pasižymi skirtingomis dažnio charakteristikomis ir erdviniais modeliais. Modalinės analizės metodai padeda inžinieriams nustatyti šiuos dažnius ir susijusias režimų formas, kad būtų galima efektyviai valdyti virpesius.

Rezonansas atsiranda, kai sužadinimo dažniai sutampa su natūraliaisiais dažniais, todėl vibracijos atsakai smarkiai sustiprėja. Stiprinimo koeficientas priklauso nuo sistemos slopinimo, o silpnai slopinamos sistemos pasižymi daug didesniais rezonanso pikais nei stipriai slopinamos sistemos. Inžinieriai turi užtikrinti, kad veikimo greičiai išvengtų kritinių rezonanso sąlygų arba užtikrintų tinkamą slopinimą, kad būtų apribotos vibracijos amplitudės.

Slopinimo mechanizmai ir jų poveikis

Slopinimas atspindi energijos išsklaidymo mechanizmus, kurie riboja vibracijos amplitudės augimą ir užtikrina sistemos stabilumą. Įvairūs slopinimo šaltiniai prisideda prie bendros sistemos elgsenos, įskaitant medžiagos vidinį slopinimą, trinties slopinimą ir skysčių slopinimą iš tepalų bei aplinkinio oro.

Medžiagos slopinimas atsiranda dėl vidinės trinties komponentų medžiagose ciklinio įtempio metu. Šis slopinimo mechanizmas yra ypač svarbus ketaus komponentuose, guminiuose tvirtinimo elementuose ir kompozicinėse medžiagose, naudojamose šiuolaikinių lokomotyvų konstrukcijoje.

Trinties slopinimas vyksta komponentų sąsajos paviršiuose, įskaitant guolių paviršius, varžtines jungtis ir susitraukiančius mazgus. Nors trinties slopinimas gali užtikrinti naudingą vibracijos kontrolę, jis taip pat gali sukelti netiesinius efektus ir nenuspėjamą elgesį esant skirtingoms apkrovos sąlygoms.

Skysčio slopinimas atsiranda dėl klampių jėgų tepimo plėvelėse, hidraulinėse sistemose ir aerodinaminėse sąveikose. Alyvos plėvelės slopinimas slankiojančiuose guoliuose užtikrina kritinį stabilumą dideliu greičiu besisukančiose mašinose, o klampūs slopintuvai gali būti sąmoningai įmontuoti vibracijai kontroliuoti.

Sužadinimo jėgos klasifikacijos

Išcentrinės jėgos kyla dėl besisukančių komponentų masės disbalanso, sukurdamos jėgas, proporcingas sukimosi greičio kvadratui. Šios jėgos veikia radialiai į išorę ir sukasi kartu su komponentu, sukeldamos vibraciją sukimosi dažniu. Išcentrinės jėgos dydis sparčiai didėja didėjant greičiui, todėl tikslus balansavimas yra labai svarbus norint veikti dideliu greičiu.

Kinematinės jėgos kyla dėl geometrinių apribojimų, kurie sistemos komponentams sukelia netolygų judėjimą. Stūmokliniai mechanizmai, kumštelių sekikliai ir krumpliaračių sistemos su profilio paklaidomis sukuria kinematines sužadinimo jėgas. Šios jėgos paprastai pasižymi sudėtingu dažnio turiniu, susijusiu su sistemos geometrija ir sukimosi greičiais.

Smūgio jėgos atsiranda dėl staigių apkrovų taikymo arba susidūrimų tarp komponentų. Krumpliaračių dantų sukibimas, guolio elemento riedėjimas per paviršiaus defektus ir rato bei bėgio sąveika sukuria smūgio jėgas, kurioms būdingas platus dažnių diapazonas ir dideli amplitudės koeficientai. Smūgio jėgoms tinkamai apibūdinti reikalingi specialūs analizės metodai.

Trinties jėgos susidaro dėl slydimo tarp paviršių, kurie juda vienas kito atžvilgiu. Stabdžių veikimas, guolių slydimas ir ratų bei bėgių šliaužimas sukuria trinties jėgas, kurios gali pasireikšti akyto slydimo reiškiniu, dėl kurio atsiranda savaime sužadinamos vibracijos. Trinties jėgos charakteristikos labai priklauso nuo paviršiaus sąlygų, tepimo ir įprastos apkrovos.

Elektromagnetinės jėgos kyla dėl magnetinio lauko sąveikos elektros varikliuose ir generatoriuose. Radialinės elektromagnetinės jėgos atsiranda dėl oro tarpo pokyčių, poliaus geometrijos ir srovės pasiskirstymo asimetrijos. Šios jėgos sukuria vibraciją linijos dažniu, plyšio praėjimo dažniu ir jų deriniais.

Dažnio priklausomos sistemos savybės

Mechaninėms sistemoms būdingos nuo dažnio priklausančios dinaminės charakteristikos, kurios daro didelę įtaką virpesių perdavimui ir stiprinimui. Sistemos standumas, slopinimas ir inercinės savybės kartu sukuria sudėtingas dažnio atsako funkcijas, apibūdinančias virpesių amplitudės ir fazės ryšius tarp įvesties sužadinimo ir sistemos atsako.

Dažniais, gerokai mažesniais už pirmąjį natūralų dažnį, sistemos elgiasi kvazistatiškai, o virpesių amplitudės yra proporcingos sužadinimo jėgos amplitudėms. Dinaminis stiprinimas išlieka minimalus, o fazių ryšiai išlieka beveik nuliniai.

Arti natūraliųjų dažnių, dinaminis stiprinimas gali pasiekti 10–100 kartų didesnes statinės deformacijos vertes, priklausomai nuo slopinimo lygių. Fazių santykiai rezonanso metu greitai pasislenka 90 laipsnių kampu, todėl galima aiškiai nustatyti natūraliųjų dažnių vietas.

Dažniais, gerokai viršijančiais natūralius dažnius, sistemos elgesyje dominuoja inerciniai efektai, todėl vibracijos amplitudė mažėja didėjant dažniui. Aukšto dažnio vibracijos slopinimas užtikrina natūralų filtravimą, kuris padeda izoliuoti jautrius komponentus nuo aukšto dažnio trikdžių.

Sutelktųjų parametrų ir paskirstytųjų parametrų sistemos

Analizuojant žemo dažnio virpesių režimus, kai komponentų matmenys išlieka maži, palyginti su virpesių bangos ilgiais, aširačių-variklio blokus galima modeliuoti kaip sutelktųjų parametrų sistemas. Šis metodas supaprastina analizę, nes paskirstytos masės ir standumo savybės pateikiamos kaip atskiri elementai, sujungti bemasėmis spyruoklėmis ir standžiomis jungtimis.

Sudėtinių parametrų modeliai yra veiksmingi analizuojant rotoriaus disbalansą, guolių atramų standumo efektus ir žemo dažnio sujungimo dinamiką tarp variklio ir aširačių komponentų. Šie modeliai palengvina greitą analizę ir suteikia aiškų fizinį supratimą apie sistemos elgseną.

Paskirstytųjų parametrų modeliai tampa būtini analizuojant aukšto dažnio virpesių režimus, kai komponentų matmenys artėja prie virpesių bangos ilgių. Veleno lenkimo režimams, krumpliaračių dantų lankstumui ir akustiniams rezonansams tiksliai prognozuoti reikalingas paskirstytųjų parametrų apdorojimas.

Paskirstytųjų parametrų modeliai atsižvelgia į bangų sklidimo efektus, lokalių modų formas ir nuo dažnio priklausomą elgseną, kurios negali užfiksuoti sugrupuotų parametrų modeliai. Šiems modeliams paprastai reikalingi skaitmeniniai sprendimo metodai, tačiau jie suteikia išsamesnį sistemos apibūdinimą.

2.3.1.3. Žemo dažnio, vidutinio dažnio, aukšto dažnio ir ultragarsinių virpesių savybės ir charakteristikos WMB, WGB ir AM modeliuose

Dažnių juostų klasifikacijos ir jų reikšmė

Vibracijos dažnio analizei reikia sistemingo dažnių juostų klasifikavimo, siekiant optimizuoti diagnostikos procedūras ir įrangos pasirinkimą. Kiekviena dažnių juosta suteikia unikalios informacijos apie konkrečius mechaninius reiškinius ir gedimų vystymosi etapus.

Žemo dažnio vibracija (1–200 Hz) daugiausia kyla dėl besisukančių mechanizmų disbalanso, nesutapimo ir struktūrinių rezonansų. Šis dažnių diapazonas fiksuoja pagrindinius sukimosi dažnius ir jų žemos eilės harmonikas, pateikdamas esminę informaciją apie mechaninę būklę ir veikimo stabilumą.

Vidutinio dažnio vibracija (200–2000 Hz) apima krumpliaračių sujungimo dažnius, elektromagnetinio sužadinimo harmonikas ir pagrindinių konstrukcinių komponentų mechaninius rezonansus. Šis dažnių diapazonas yra labai svarbus diagnozuojant krumpliaračių dantų susidėvėjimą, variklio elektromagnetines problemas ir movos nusidėvėjimą.

Aukšto dažnio vibracija (2000–20000 Hz) atskleidžia guolių defektų parašus, krumpliaračių dantų smūgio jėgas ir aukštesnio dažnio elektromagnetines harmonikas. Šis dažnių diapazonas suteikia ankstyvą įspėjimą apie besiformuojančius gedimus, kol jie nepasireiškia žemesnio dažnio juostose.

Ultragarsinė vibracija (20000+ Hz) fiksuoja pradinius guolių defektus, tepimo plėvelės pažeidimus ir su trintimi susijusius reiškinius. Ultragarsiniams matavimams reikalingi specialūs jutikliai ir analizės metodai, tačiau jie suteikia galimybę kuo anksčiau aptikti gedimus.

Žemo dažnio virpesių analizė

Žemo dažnio virpesių analizė sutelkia dėmesį į pagrindinius sukimosi dažnius ir jų harmonikas iki maždaug 10-osios eilės. Ši analizė atskleidžia pagrindines mechanines sąlygas, įskaitant masės disbalansą, veleno nesutapimą, mechaninį laisvumą ir guolių laisvumo problemas.

Sukimosi dažnio vibracija (1×) rodo masės disbalanso sąlygas, kurios sukuria išcentrines jėgas, besisukančias kartu su velenu. Grynas disbalansas sukelia vibraciją daugiausia sukimosi dažniu su minimaliu harmoniniu turiniu. Vibracijos amplitudė didėja proporcingai sukimosi greičio kvadratui, todėl pateikiama aiški diagnostinė indikacija.

Dvigubo sukimosi dažnio vibracija (2×) paprastai rodo nesutapimą tarp sujungtų velenų ar komponentų. Kampinis nesutapimas sukuria kintamus įtempių modelius, kurie kartojasi du kartus per apsisukimą, generuodami būdingus 2× vibracijos požymius. Lygiagretus nesutapimas taip pat gali prisidėti prie 2× vibracijos dėl skirtingo apkrovos pasiskirstymo.

Daugybinis harmonikų kiekis (3×, 4×, 5× ir kt.) rodo mechaninį laisvumą, susidėvėjusias jungtis arba struktūrines problemas. Laisvumas leidžia perduoti jėgas netiesiškai, todėl susidaro sodrus harmonikų kiekis, gerokai viršijantis pagrindinius dažnius. Harmoninis modelis suteikia diagnostinės informacijos apie laisvumo vietą ir sunkumą.

Vidutinio dažnio virpesių charakteristikos

Vidutinio dažnio analizė sutelkia dėmesį į krumpliaračių sujungimo dažnius ir jų moduliacijos modelius. Krumpliaračių sujungimo dažnis lygus sukimosi dažnio ir dantų skaičiaus sandaugai, sukuriant nuspėjamas spektrines linijas, kurios atskleidžia krumpliaračių būklę ir apkrovos pasiskirstymą.

Sveiki krumpliaračiai sukelia ryškią vibraciją krumpliaračių sujungimo dažniu su minimaliomis šoninėmis juostomis. Dantų susidėvėjimas, dantų įtrūkimai arba netolygus apkrovimas sukuria sujungimo dažnio amplitudės moduliaciją, sukurdamas šonines juostas, išdėstytas tarp sujungtų krumpliaračių sukimosi dažnių.

Elektromagnetinės vibracijos traukos varikliuose pirmiausia pasireiškia vidutinio dažnio diapazone. Linijos dažnio harmonikos, plyšio praėjimo dažniai ir poliaus praėjimo dažniai sukuria būdingus spektrinius modelius, kurie atskleidžia variklio būklę ir apkrovos charakteristikas.

Griovelio praėjimo dažnis lygus sukimosi dažnio ir rotoriaus griovelių skaičiaus sandaugai, todėl dėl magnetinio pralaidumo pokyčių, rotoriaus grioveliams kertant statoriaus polius, kyla vibracija. Sugedę rotoriaus strypai arba galinių žiedų defektai moduliuoja griovelio praėjimo dažnį, sukurdami diagnostines šonines juostas.

Aukšto dažnio virpesių analizė

Aukšto dažnio vibracijų analizė apima guolių defektų dažnius ir aukštesnio dažnio krumpliaračių sujungimo harmonikas. Riedėjimo guoliai generuoja būdingus dažnius, pagrįstus geometrija ir sukimosi greičiu, taip užtikrindami tikslias diagnostikos galimybes guolių būklei įvertinti.

Išorinio guolio rutulio praleidimo dažnis (BPFO) atsiranda, kai riedėjimo elementai praeina pro nejudantį išorinio guolio defektą. Šis dažnis priklauso nuo guolio geometrijos ir paprastai svyruoja nuo 3 iki 8 kartų didesnio sukimosi dažnio įprastiems guolių modeliams.

Vidinio rutulio praleidimo dažnio (BPFI) rezultatas yra riedėjimo elementų vidinio žiedo defektai. Kadangi vidinis žiedas sukasi kartu su velenu, BPFI paprastai viršija BPFO ir gali pasireikšti sukimosi dažnio moduliacija dėl apkrovos zonos poveikio.

Pagrindinis traukinio dažnis (FTF) yra narvelio sukimosi dažnis ir paprastai lygus 0,4–0,45 karto didesniam veleno sukimosi dažniui. Narvelio defektai arba tepimo problemos gali sukelti vibraciją FTF ir jo harmonikų metu.

Rutulio sukimosi dažnis (BSF) rodo individualaus riedėjimo elemento sukimąsi apie savo ašį. Šis dažnis retai pasirodo vibracijos spektruose, nebent riedėjimo elementai turi paviršiaus defektų arba matmenų nelygumų.

Ultragarsinės vibracijos taikymas

Ultragarsiniai vibracijos matavimai aptinka pradinius guolių defektus likus savaitėms ar mėnesiams iki jų atsiradimo atliekant įprastinę vibracijos analizę. Paviršiaus šiurkštumas, mikroįtrūkimai ir tepimo plėvelės suirimas sukuria ultragarso spinduliuotę, kuri pasireiškia anksčiau nei išmatuojami guolių defektų dažnio pokyčiai.

Gaubinės analizės metodai iš ultragarsinių nešlio dažnių išgauna amplitudės moduliacijos informaciją, atskleisdami žemo dažnio moduliacijos modelius, atitinkančius guolių defektų dažnius. Šis metodas sujungia aukšto dažnio jautrumą su žemo dažnio diagnostine informacija.

Ultragarsiniams matavimams atlikti reikia atidžiai parinkti ir sumontuoti jutiklį, kad būtų išvengta signalo užteršimo elektromagnetiniais trukdžiais ir mechaniniu triukšmu. Akselerometrai, kurių dažnio atsakas viršija 50 kHz, ir tinkamas signalo apdorojimas užtikrina patikimus ultragarsinius matavimus.

Mechaninių ir elektromagnetinių virpesių kilmė

Mechaninių virpesių šaltiniai sukuria plataus diapazono sužadinimą, kurio dažnio turinys susijęs su komponento geometrija ir kinematika. Smūginės jėgos, atsirandančios dėl guolių defektų, krumpliaračių dantų sukibimo ir mechaninio laisvumo, generuoja impulsinius signalus, pasižyminčius sodriu harmoniniu turiniu, apimančiu platų dažnių diapazoną.

Elektromagnetinių virpesių šaltiniai sukuria diskrečius dažnio komponentus, susijusius su elektros tinklo dažniu ir variklio konstrukcijos parametrais. Šie dažniai nepriklauso nuo mechaninių sukimosi greičių ir palaiko fiksuotą ryšį su elektros energijos sistemos dažniu.

Norint atskirti mechaninius ir elektromagnetinius virpesių šaltinius, reikia atidžiai išanalizuoti dažnių ryšius ir apkrovos priklausomybę. Mechaninė virpesė paprastai kinta priklausomai nuo sukimosi greičio ir mechaninės apkrovos, o elektromagnetinė virpesė koreliuoja su elektros apkrova ir maitinimo įtampos kokybe.

Smūgio ir smūgio vibracijos charakteristikos

Smūginė vibracija atsiranda dėl staigaus ir labai trumpo jėgos poveikio. Krumpliaračio dantų sukibimas, guolio elemento smūgiai ir rato bei bėgio kontaktas sukuria smūgines jėgas, kurios vienu metu sužadina kelis konstrukcinius rezonansus.

Smūgio įvykiai sukuria būdingus laiko srities parašus su dideliais amplitudės koeficientais ir plačiu dažnių diapazonu. Smūgio virpesių dažnių spektras labiau priklauso nuo konstrukcijos atsako charakteristikų nei nuo paties smūgio įvykio, todėl norint tinkamai interpretuoti, reikalinga laiko srities analizė.

Smūginės reakcijos spektro analizė pateikia išsamią konstrukcijos reakcijos į smūginę apkrovą charakteristiką. Ši analizė atskleidžia, kurie natūralūs dažniai sužadinami smūgio įvykių metu ir jų santykinį indėlį į bendrą vibracijos lygį.

Atsitiktinė vibracija nuo trinties šaltinių

Trinties sukelta vibracija pasižymi atsitiktinėmis savybėmis dėl paviršiaus sąlyčio reiškinių stochastinio pobūdžio. Stabdžių cypimas, guolio vibracija ir rato bei bėgio sąveika sukuria plačiajuostę atsitiktinę vibraciją, kuriai reikalingi statistinės analizės metodai.

Trinties sistemų aidėjimo ir slydimo elgsena sukuria savaime sužadinamą vibraciją su sudėtingu dažnių turiniu. Trinties jėgos pokyčiai aidėjimo ir slydimo ciklų metu sukuria subharmoninius vibracijos komponentus, kurie gali sutapti su struktūriniais rezonansais, todėl padidėja vibracijos lygis.

Atsitiktinių virpesių analizėje naudojamos galios spektrinio tankio funkcijos ir statistiniai parametrai, tokie kaip RMS lygiai ir tikimybių skirstiniai. Šie metodai leidžia kiekybiškai įvertinti atsitiktinių virpesių stiprumą ir jų galimą poveikį komponentų nuovargio tarnavimo laikui.

2.3.1.4. WMB, WGB, AM projektavimo ypatybės ir jų įtaka vibracijos charakteristikoms

Pirminės WMB, WGB ir AM konfigūracijos

Lokomotyvų gamintojai naudoja įvairius mechaninius išdėstymus, kad perduotų galią iš traukos variklių į varančius aširačius. Kiekviena konfigūracija pasižymi unikaliomis vibracijos savybėmis, kurios tiesiogiai veikia diagnostikos metodus ir techninės priežiūros reikalavimus.

Priekyje pakabinti traukos varikliai montuojami tiesiai ant aširačių ašių, sukuriant standų mechaninį sujungimą tarp variklio ir aširačio. Ši konfigūracija sumažina galios perdavimo nuostolius, tačiau variklius veikia visomis bėgių sukeltomis vibracijomis ir smūgiais. Tiesioginio montavimo konstrukcija sujungia variklio elektromagnetinę vibraciją su aširačio mechanine vibracija, sukurdama sudėtingus spektrinius modelius, kuriuos reikia atidžiai išanalizuoti.

Ant rėmo montuojami traukos varikliai naudoja lanksčias movų sistemas, kad perduotų galią aširačiams, tuo pačiu izoliuodami variklius nuo bėgių trikdžių. Universalios jungtys, lanksčios movos arba krumpliaratinės movos prisitaiko prie santykinio judėjimo tarp variklio ir aširačio, išlaikant galios perdavimo galimybę. Ši konstrukcija sumažina variklio vibracijos poveikį, tačiau sukuria papildomų vibracijos šaltinių per movos dinamiką.

Pavarų sistemose su krumpliaračiais tarp variklio ir aširačio naudojamas tarpinis reduktorius, siekiant optimizuoti variklio veikimo charakteristikas. Vienpakopis sraigtinis reduktorius užtikrina kompaktišką konstrukciją ir vidutinį triukšmo lygį, o dviejų pakopų redukcijos sistemos suteikia didesnį lankstumą renkantis perdavimo skaičių, tačiau padidina sudėtingumą ir galimus vibracijos šaltinius.

Mechaninės sukabinimo sistemos ir vibracijos perdavimas

Mechaninė sąsaja tarp traukos variklio rotoriaus ir krumpliaračio daro didelę įtaką vibracijos perdavimo charakteristikoms. Susitraukiančios jungtys užtikrina standų sujungimą su puikiu koncentriškumu, tačiau gali sukelti surinkimo įtempius, kurie turi įtakos rotoriaus balanso kokybei.

Rakteliai su jungtimis prisitaiko prie šiluminio plėtimosi ir supaprastina surinkimo procedūras, tačiau sukimo momento keitimo metu atsiranda laisvumas ir galima smūginė apkrova. Raktų susidėvėjimas sukuria papildomą laisvumą, kuris greitėjimo ir lėtėjimo ciklų metu sukuria smūgines jėgas dvigubu sukimosi dažniu.

Plokštelinės jungtys pasižymi puikiomis sukimo momento perdavimo galimybėmis ir atlaiko ašinį poslinkį, tačiau joms reikalingi tikslūs gamybos tolerancijos lygiai, siekiant sumažinti vibracijos susidarymą. Plokštelinės jungtys sukuria žiedinį laisvumą, kuris, priklausomai nuo apkrovos sąlygų, sukuria sudėtingus vibracijos modelius.

Lanksčios movų sistemos izoliuoja sukimo vibracijas, kartu kompensuodamos sujungtų velenų nesutapimą. Elastomerinės movos užtikrina puikią vibracijos izoliaciją, tačiau pasižymi nuo temperatūros priklausomomis standumo savybėmis, kurios turi įtakos natūralių dažnių vietoms. Krumpliaračių tipo movos išlaiko pastovų standumą, tačiau generuoja tinklinio dažnio vibraciją, kuri padidina bendrą sistemos spektrinį turinį.

Ašies guolių konfigūracijos

Ašies guoliai atlaiko vertikalias, šonines ir traukos apkrovas, kartu prisitaikydami prie šiluminio plėtimosi ir bėgių geometrijos skirtumų. Cilindriniai ritininiai guoliai efektyviai atlaiko radialines apkrovas, tačiau ašinei apkrovai palaikyti reikalingi atskiri traukos guoliai.

Kūginiai ritininiai guoliai pasižymi kombinuotu radialinės ir atraminės apkrovos pajėgumu, o jų standumo charakteristikos yra geresnės nei rutulinių guolių. Kūginė geometrija sukuria savaiminį išankstinį įtempimą, kuris pašalina vidinį laisvumą, tačiau reikalauja tikslaus reguliavimo, kad būtų išvengta per didelės apkrovos ar nepakankamo atramos.

Dviejų eilių sferiniai ritininiai guoliai atlaiko dideles radialines ir vidutines stūmos apkrovas, tuo pačiu užtikrindami savaiminio išsilyginimo galimybę, kompensuojančią veleno deformaciją ir korpuso nesutapimą. Sferinė išorinio žiedo geometrija sukuria alyvos plėvelės slopinimą, kuris padeda kontroliuoti vibracijos perdavimą.

Guolio vidinis laisvumas daro didelę įtaką vibracijos charakteristikoms ir apkrovos pasiskirstymui. Per didelis laisvumas leidžia susidaryti smūginei apkrovai apkrovos keitimo ciklų metu, todėl susidaro aukšto dažnio smūginė vibracija. Nepakankamas laisvumas sukuria išankstinio įtempimo sąlygas, kurios padidina riedėjimo pasipriešinimą ir šilumos susidarymą, tuo pačiu sumažindamos vibracijos amplitudę.

Pavarų sistemos konstrukcijos įtaka vibracijai

Krumpliaračių dantų geometrija tiesiogiai veikia tinklelio dažnio virpesių amplitudę ir harmonikų turinį. Involutiniai dantų profiliai su tinkamais slėgio kampais ir priedais sumažina tinklelio jėgos svyravimus ir su tuo susijusį virpesių susidarymą.

Dėl laipsniško dantų sukibimo charakteristikų spiralinės pavaros užtikrina sklandesnį galios perdavimą, palyginti su cilindrinėmis krumpliaračiais. Spiralės kampas sukuria ašinės jėgos komponentus, kuriems reikalinga atraminio guolio atrama, tačiau žymiai sumažina tinklo dažnio virpesių amplitudę.

Krumpliaračio sąlyčio santykis nustato vienu metu sujungtų dantų skaičių galios perdavimo metu. Didesni sąlyčio santykiai paskirsto apkrovą tarp didesnio skaičiaus dantų, sumažindami atskirų dantų įtempimą ir sąlyčio jėgos svyravimus. Didesni nei 1,5 sąlyčio santykiai, palyginti su mažesniais santykiais, žymiai sumažina vibraciją.

Krumpliaračių gamybos tikslumas turi įtakos vibracijos susidarymui dėl dantų tarpo paklaidų, profilio nuokrypių ir paviršiaus apdailos skirtumų. AGMA kokybės gradacijos kiekybiškai įvertina gamybos tikslumą, o aukštesnės gradacijos pasižymi mažesniu vibracijos lygiu, tačiau reikalauja brangesnių gamybos procesų.

Apkrovos pasiskirstymas per krumpliaračio paviršiaus plotį daro įtaką vietinėms įtempių koncentracijoms ir vibracijos susidarymui. Vainikuoti dantų paviršiai ir tinkamas veleno sulygiavimas užtikrina tolygų apkrovos pasiskirstymą, sumažinant briaunų apkrovą, kuri sukuria aukšto dažnio vibracijos komponentus.

Kardaninių velenų sistemos WGB taikymuose

Aširačių blokai su kardaninio veleno galios perdavimu leidžia išlaikyti didesnius atstumus tarp variklio ir aširačio, tuo pačiu užtikrindami lanksčias sujungimo galimybes. Universalios jungtys kiekviename kardaninio veleno gale sukuria kinematinius apribojimus, kurie generuoja būdingus vibracijos modelius.

Vieno universalaus šarnyro veikimas sukuria greičio pokyčius, kurie sukuria vibraciją dvigubu veleno sukimosi dažniu. Šios vibracijos amplitudė priklauso nuo jungties veikimo kampo, o didesni kampai sukuria didesnius vibracijos lygius pagal gerai nustatytus kinematinius ryšius.

Dvigubos universalios jungtys su tinkamu fazavimu pašalina pirmos eilės greičio svyravimus, tačiau sukelia aukštesnės eilės efektus, kurie tampa reikšmingi esant dideliems veikimo kampams. Pastovaus greičio jungtys užtikrina geresnes vibracijos charakteristikas, tačiau joms reikia sudėtingesnių gamybos ir priežiūros procedūrų.

Kardaninio veleno kritiniai greičiai turi būti gerai atskirti nuo darbinių greičių diapazonų, kad būtų išvengta rezonanso sustiprėjimo. Veleno skersmuo, ilgis ir medžiagos savybės lemia kritinių greičių vietas, todėl kiekvienam pritaikymui reikalinga kruopšti projektavimo analizė.

Vibracijos charakteristikos skirtingomis eksploatavimo sąlygomis

Lokomotyvo eksploatavimas vyksta įvairiomis sąlygomis, kurios daro didelę įtaką vibracijos požymiams ir diagnostinei interpretacijai. Statiniai bandymai su lokomotyvais, pastatytais ant techninės priežiūros stovų, pašalina bėgių sukeltas vibracijas ir ratų bei bėgių sąveikos jėgas, užtikrindami kontroliuojamas sąlygas pradiniams matavimams.

Važiuoklės pakabos sistemos normalios eksploatacijos metu izoliuoja lokomotyvo kėbulą nuo aširačių vibracijų, tačiau tam tikrais dažniais gali sukelti rezonanso efektus. Pirminiai pakabos natūralūs dažniai paprastai svyruoja nuo 1 iki 3 Hz vertikaliems režimams ir nuo 0,5 iki 1,5 Hz šoniniams režimams, o tai gali turėti įtakos žemo dažnio vibracijų perdavimui.

Bėgio nelygumai sukelia aširačių vibracijas plačiame dažnių diapazone, priklausomai nuo traukinio greičio ir bėgių kelio būklės. Bėgio sandūros sukuria periodinius smūgius dažniais, kuriuos lemia bėgio ilgis ir traukinio greitis, o bėgių kelio pločio pokyčiai sukelia šonines vibracijas, kurios siejasi su aširačių vibracijos režimais.

Traukos ir stabdymo jėgos sukuria papildomą apkrovą, kuri turi įtakos guolių apkrovos pasiskirstymui ir krumpliaračių sujungimo charakteristikoms. Didelės traukos apkrovos padidina krumpliaračių dantų sąlyčio įtempius ir gali pakeisti apkrovos zonas aširačių guoliuose, pakeisdamos vibracijos modelius, palyginti su neapkrautomis sąlygomis.

Pagalbinės mašinos vibracijos charakteristikos

Aušinimo ventiliatorių sistemose naudojami įvairūs sparnuočių dizainai, kurie sukuria skirtingus vibracijos signalus. Išcentriniai ventiliatoriai generuoja menčių praėjimo dažnio vibraciją, kurios amplitudė priklauso nuo menčių skaičiaus, sukimosi greičio ir aerodinaminės apkrovos. Ašiniai ventiliatoriai sukuria panašius menčių praėjimo dažnius, tačiau su skirtingu harmoniniu turiniu dėl srauto modelio skirtumų.

Ventiliatoriaus disbalansas sukelia vibraciją sukimosi dažniu, kurio amplitudė proporcinga greičio kvadratui, panašiai kaip ir kitų besisukančių mechanizmų atveju. Tačiau aerodinaminės jėgos, atsirandančios dėl menčių užsikimšimo, erozijos ar pažeidimo, gali sukelti papildomų vibracijos komponentų, kurie apsunkina diagnostinį interpretavimą.

Oro kompresorių sistemose paprastai naudojamos stūmoklinės konstrukcijos, kurios sukuria vibraciją alkūninio veleno sukimosi dažniu ir jo harmonikomis. Cilindrų skaičius ir uždegimo seka lemia harmonikų turinį, o didesnis cilindrų skaičius paprastai užtikrina sklandesnį darbą ir mažesnį vibracijos lygį.

Hidraulinių siurblių vibracijos priklauso nuo siurblio tipo ir eksploatavimo sąlygų. Krumpliaratiniai siurbliai sukuria tinklo dažnio vibraciją, panašią į krumpliaratinių sistemų, o menteliniai siurbliai – mentės praėjimo dažnio vibraciją. Kintamo tūrio siurbliai gali skleisti sudėtingus vibracijos modelius, kurie skiriasi priklausomai nuo tūrio nustatymų ir apkrovos sąlygų.

Veleno atramos ir tvirtinimo sistemos poveikis

Guolio korpuso standumas daro didelę įtaką vibracijos perdavimui iš besisukančių komponentų į stacionarias konstrukcijas. Lankstūs korpusai gali sumažinti vibracijos perdavimą, tačiau leidžia didesnį veleno judėjimą, kuris gali turėti įtakos vidiniams tarpams ir apkrovos pasiskirstymui.

Pamato standumas ir tvirtinimo išdėstymas turi įtakos konstrukcijos rezonanso dažniams ir vibracijos stiprinimo charakteristikoms. Minkšto tvirtinimo sistemos užtikrina vibracijos izoliaciją, tačiau gali sukelti žemo dažnio rezonansus, kurie sustiprina disbalanso sukeltą vibraciją.

Kelių velenų sujungimas lanksčiais elementais arba krumpliaračių mazgais sukuria sudėtingas dinamines sistemas su keliais natūraliais dažniais ir modų formomis. Šios sujungtos sistemos gali rodyti virpesių dažnius, kai atskirų komponentų dažniai šiek tiek skiriasi, todėl vibracijos matavimuose susidaro amplitudės moduliacijos modeliai.

2.3.1.5. Vibracijos stebėjimo ir diagnostikos techninė įranga ir programinė įranga

Vibracijos matavimo ir analizės sistemų reikalavimai

Efektyviai geležinkelio lokomotyvų komponentų vibracijos diagnostikai reikalingos sudėtingos matavimo ir analizės galimybės, kurios sprendžia unikalius geležinkelio aplinkos iššūkius. Šiuolaikinės vibracijos analizės sistemos turi užtikrinti platų dinaminį diapazoną, aukštą dažnių skiriamąją gebą ir patikimą veikimą atšiauriomis aplinkos sąlygomis, įskaitant ekstremalias temperatūras, elektromagnetinius trukdžius ir mechaninius smūgius.

Lokomotyvų dinaminio diapazono reikalavimai paprastai viršija 80 dB, kad būtų galima fiksuoti tiek mažos amplitudės pradinius gedimus, tiek didelės amplitudės darbinę vibraciją. Šis diapazonas apima matavimus nuo mikrometrų per sekundę ankstyviems guolių defektams iki šimtų milimetrų per sekundę esant dideliems disbalanso sąlygoms.

Dažnio skiriamoji geba lemia gebėjimą atskirti glaudžiai išdėstytus spektrinius komponentus ir nustatyti moduliacijos modelius, būdingus konkretiems gedimų tipams. Skiriamosios gebos juostos plotis neturėtų viršyti 1% žemiausio dominančio dažnio, todėl kiekvienai matavimo programai reikia atidžiai parinkti analizės parametrus.

Temperatūros stabilumas užtikrina matavimo tikslumą plačiame temperatūrų diapazone, su kuriuo susiduriama lokomotyvų taikymuose. Matavimo sistemos turi išlaikyti kalibravimo tikslumą ±5% ribose temperatūros diapazone nuo -40 °C iki +70 °C, kad būtų galima atsižvelgti į sezoninius svyravimus ir įrangos įkaitimo poveikį.

Guolių būklės indikatoriai, naudojantys ultragarsinę vibraciją

Ultragarsinė vibracijos analizė leidžia kuo anksčiau aptikti guolio nusidėvėjimą, stebint aukšto dažnio spinduliuotę, atsirandančią dėl paviršiaus šiurkštumo sąlyčio ir tepimo plėvelės suirimo. Šie reiškiniai atsiranda keliomis savaitėmis ar mėnesiais anksčiau nei įprasti vibracijos požymiai, todėl galima planuoti išankstinę priežiūrą.

Dygliuotos energijos matavimai kiekybiškai įvertina impulsyvią ultragarsinę spinduliuotę naudojant specializuotus filtrus, kurie pabrėžia trumpalaikius įvykius ir slopina pastovų foninį triukšmą. Technika naudoja aukšto dažnio filtravimą, viršijantį 5 kHz, po kurio seka gaubtinės aptikimas ir RMS skaičiavimas per trumpus laiko intervalus.

Aukšto dažnio gaubtinės (HFE) analizė iš ultragarsinių nešlio signalų išgauna amplitudės moduliacijos informaciją, atskleisdama žemo dažnio moduliacijos modelius, atitinkančius guolių defektų dažnius. Šis metodas sujungia ultragarsinį jautrumą su įprastinėmis dažnio analizės galimybėmis.

Smūginio impulso metodas (SPM) matuoja ultragarsinių pereinamųjų virpesių didžiausias amplitudes, naudodamas specializuotus rezonansinius keitiklius, suderintus maždaug iki 32 kHz. Šis metodas pateikia bematinius guolio būklės indikatorius, kurie gerai koreliuoja su guolio pažeidimo sunkumu.

Ultragarsiniai būklės indikatoriai reikalauja kruopštaus kalibravimo ir tendencijų nustatymo, kad būtų galima nustatyti bazines vertes ir pažeidimo progresavimo greitį. Aplinkos veiksniai, įskaitant temperatūrą, apkrovą ir tepimo sąlygas, daro didelę įtaką indikatorių vertėms, todėl būtinos išsamios bazinės duomenų bazės.

Aukšto dažnio virpesių moduliacijos analizė

Riedėjimo elementų guoliai generuoja būdingus moduliacijos modelius aukšto dažnio vibracijos metu dėl periodinių apkrovos pokyčių, kai riedėjimo elementai susiduria su riedėjimo žiedo defektais. Šie moduliacijos modeliai atsiranda kaip šoninės juostos aplink struktūrinius rezonansinius dažnius ir guolio natūralius dažnius.

Gaubinės analizės metodai išgauna moduliacijos informaciją filtruodami vibracijos signalus, kad izoliuotų dažnių juostas, kuriose yra guolių rezonansai, taikydami gaubtinės aptikimą amplitudės pokyčiams atkurti ir analizuodami gaubtinės spektrą, kad nustatytų defektų dažnius.

Rezonanso identifikavimas tampa labai svarbus efektyviai guolio apvalkalo analizei, nes guolio smūginis sužadinimas pirmiausia sužadina specifinius struktūrinius rezonansus. Smūginio sinusoido bandymas arba smūgio modalinė analizė padeda nustatyti optimalias dažnių juostas kiekvienos guolio vietos apvalkalo analizei.

Skaitmeninio filtravimo metodai gaubtinės analizės metu apima baigtinio impulsinio atsako (FIR) filtrus, kurie užtikrina tiesines fazės charakteristikas ir vengia signalo iškraipymo, ir begalinio impulsinio atsako (IIR) filtrus, kurie pasižymi staigiomis fazės slopinimo charakteristikomis ir mažesniais skaičiavimo reikalavimais.

Gaubinės spektro analizės parametrai daro didelę įtaką diagnostiniam jautrumui ir tikslumui. Filtro pralaidumas turėtų apimti struktūrinį rezonansą, neįtraukiant gretimų rezonansų, o analizės lango ilgis turi užtikrinti pakankamą dažnių skiriamąją gebą, kad būtų galima atskirti guolių defektų dažnius ir jų harmonikas.

Išsamios besisukančios įrangos stebėjimo sistemos

Šiuolaikinėse lokomotyvų techninės priežiūros įmonėse naudojamos integruotos stebėjimo sistemos, kurios apjungia įvairius diagnostikos metodus, kad būtų galima išsamiai įvertinti besisukančios įrangos būklę. Šios sistemos integruoja vibracijos analizę su alyvos analize, terminiu stebėjimu ir eksploataciniais parametrais, siekiant padidinti diagnostikos tikslumą.

Nešiojamieji vibracijos analizatoriai yra pagrindiniai diagnostikos įrankiai, skirti periodiniam būklės vertinimui planinės priežiūros metu. Šie prietaisai atlieka spektrinę analizę, laiko bangos formos fiksavimą ir automatinius gedimų aptikimo algoritmus, optimizuotus lokomotyvų taikymams.

Stacionariai įrengtos stebėjimo sistemos leidžia nuolat stebėti svarbiausius komponentus jų veikimo metu. Šios sistemos naudoja paskirstytus jutiklių tinklus, belaidį duomenų perdavimą ir automatizuotus analizės algoritmus, kad būtų galima realiuoju laiku įvertinti būklę ir generuoti signalizaciją.

Duomenų integravimo galimybės sujungia informaciją iš kelių diagnostikos metodų, siekiant pagerinti gedimų aptikimo patikimumą ir sumažinti klaidingų signalizacijų skaičių. Sujungimo algoritmai įvertina skirtingų diagnostikos metodų indėlį pagal jų efektyvumą konkretiems gedimų tipams ir veikimo sąlygoms.

Jutiklių technologijos ir įrengimo metodai

Vibracijos jutiklio pasirinkimas daro didelę įtaką matavimo kokybei ir diagnostikos efektyvumui. Pjezoelektriniai akselerometrai užtikrina puikų dažnio atsaką ir jautrumą daugumai lokomotyvų pritaikymų, o elektromagnetiniai greičio keitikliai pasižymi geresniu žemo dažnio atsaku didelėms besisukančioms mašinoms.

Jutiklių tvirtinimo metodai daro didelę įtaką matavimo tikslumui ir patikimumui. Srieginiai smeigės užtikrina optimalų mechaninį sujungimą nuolatiniams montavimui, o magnetinis tvirtinimas suteikia patogumo periodiniams matavimams ant feromagnetinių paviršių. Klijuojamas tvirtinimas tinka neferomagnetiniams paviršiams, tačiau tam reikia paviršiaus paruošimo ir kietėjimo laiko.

Jutiklio orientacija turi įtakos matavimo jautrumui skirtingiems vibracijos režimams. Radialiniai matavimai efektyviausiai aptinka disbalansą ir nesutapimą, o ašiniai matavimai atskleidžia atraminių guolių problemas ir movos nesutapimą. Tangentiniai matavimai suteikia unikalios informacijos apie sukimo vibraciją ir krumpliaračių sujungimo dinamiką.

Aplinkos apsaugai reikia atidžiai atsižvelgti į ekstremalias temperatūras, drėgmės poveikį ir elektromagnetinius trukdžius. Sandarūs akselerometrai su integruotais kabeliais užtikrina didesnį patikimumą, palyginti su nuimamų jungčių konstrukcijomis atšiaurioje geležinkelio aplinkoje.

Signalų apdorojimas ir duomenų rinkimas

Signalo apdorojimo elektronika užtikrina jutiklio sužadinimą, stiprinimą ir filtravimą, būtinus tiksliems vibracijos matavimams. Pastovios srovės sužadinimo grandinės maitina pjezoelektrinius akselerometrus, išlaikydamos didelę įėjimo varžą, kad būtų išsaugotas jutiklio jautrumas.

Anti-aliasing filtrai apsaugo nuo dažnių lankstymo artefaktų analoginio-skaitmeninio konvertavimo metu, slopindami signalo komponentus, viršijančius Nyquist dažnį. Šie filtrai turi užtikrinti tinkamą stabdymo juostos slopinimą, tuo pačiu išlaikydami plokščią pralaidumo juostos atsaką, kad būtų išsaugota signalo tikslumas.

Analoginio-skaitmeninio konvertavimo skiriamoji geba lemia matavimo dinaminį diapazoną ir tikslumą. 24 bitų konvertavimas užtikrina 144 dB teorinį dinaminį diapazoną, leidžiantį tuo pačiu matavimu išmatuoti tiek mažos amplitudės gedimų signalus, tiek didelės amplitudės darbinę vibraciją.

Diskretizavimo dažnio parinkimas atitinka Nyquist kriterijų, reikalaujantį, kad diskretizavimo dažnis būtų bent dvigubai didesnis už didžiausią dominantį dažnį. Praktiškai naudojami perteklinio diskretizavimo santykiai nuo 2,5:1 iki 4:1, kad būtų galima pritaikyti filtro perėjimo juostas su anti-aliasing efektu ir užtikrinti analizės lankstumą.

Matavimo taško pasirinkimas ir orientacija

Efektyviam vibracijos stebėjimui reikia sistemingai parinkti matavimo vietas, kurios užtikrintų maksimalų jautrumą gedimų sąlygoms, kartu sumažinant pašalinių vibracijos šaltinių keliamą trukdį. Matavimo taškai turėtų būti kuo arčiau guolių atramų ir kitų svarbių apkrovų kelių.

Guolių korpusų matavimai suteikia tiesioginės informacijos apie guolių būklę ir vidinę dinamiką. Radialiniai guolių korpusų matavimai efektyviausiai aptinka disbalansą, nesutapimą ir guolių defektus, o ašiniai matavimai atskleidžia stūmos apkrovos ir sukabinimo problemas.

Variklio korpuso matavimai fiksuoja elektromagnetinę vibraciją ir bendrą variklio būklę, tačiau gali būti mažiau jautrūs guolių defektams dėl vibracijos slopinimo per variklio konstrukciją. Šie matavimai papildo guolių korpusų matavimus, skirtus išsamiam variklio įvertinimui.

Pavarų dėžės matavimai aptinka krumpliaračių vibraciją ir vidinę krumpliaračių dinamiką, tačiau dėl sudėtingų vibracijos perdavimo kelių ir daugybės sužadinimo šaltinių šiuos duomenis reikia atidžiai interpretuoti. Matavimo vietos šalia krumpliaračių centrinių linijų užtikrina maksimalų jautrumą su tinklu susijusioms problemoms.

Diagnostinio testavimo veikimo režimo pasirinkimas

Diagnostinių bandymų efektyvumas labai priklauso nuo tinkamų darbo sąlygų, kurios užtikrina optimalų gedimų sukeltos vibracijos sužadinimą, kartu išlaikant saugą ir įrangos apsaugą, pasirinkimo. Skirtingi darbo režimai atskleidžia skirtingus komponentų būklės ir gedimų vystymosi aspektus.

Tuščiosios apkrovos bandymas pašalina nuo apkrovos priklausančius vibracijos šaltinius ir pateikia pradinius matavimus palyginimui su apkrautomis sąlygomis. Šis režimas aiškiausiai atskleidžia disbalansą, nesuderinamumą ir elektromagnetines problemas, tuo pačiu sumažinant krumpliaračių vibraciją ir guolių apkrovos poveikį.

Apkrovos bandymai esant įvairiems galios lygiams atskleidžia nuo apkrovos priklausomus reiškinius, įskaitant krumpliaračių sujungimo dinamiką, guolių apkrovos pasiskirstymo efektus ir elektromagnetinės apkrovos įtaką. Progresyvus apkrovimas padeda atskirti nuo apkrovos nepriklausomus ir nuo apkrovos priklausomus vibracijos šaltinius.

Krypties bandymas su sukimu į priekį ir atgal suteikia papildomos diagnostinės informacijos apie asimetrines problemas, tokias kaip krumpliaračių dantų susidėvėjimo modeliai, guolių išankstinio įtempimo skirtumai ir movos susidėvėjimo charakteristikos. Kai kurie gedimai pasižymi krypties jautrumu, kuris padeda juos lokalizuoti.

Dažnio skleidimo bandymai paleidimo ir išjungimo metu fiksuoja vibracijos elgseną visame veikimo greičio diapazone, atskleisdami rezonanso sąlygas ir nuo greičio priklausomus reiškinius. Šie matavimai padeda nustatyti kritinius greičius ir natūralaus dažnio vietas.

Tepimo poveikis diagnostiniams parašams

Tepimo sąlygos daro didelę įtaką vibracijos požymiams ir diagnostikos interpretavimui, ypač guolių stebėjimo taikymuose. Šviežias tepalas užtikrina efektyvų slopinimą, kuris sumažina vibracijos perdavimą, o užterštas arba susidėvėjęs tepalas gali sustiprinti gedimų požymius.

Tepalo klampumo pokyčiai kinta priklausomai nuo temperatūros, todėl guolio dinamika ir vibracijos charakteristikos tampa įtakojamos. Šaltas tepalas padidina klampų slopinimą ir gali užmaskuoti pradedančius guolio defektus, o perkaitintas tepalas sumažina slopinimą ir apsaugą.

Užterštas tepalas, kuriame yra dilimo dalelių, vandens ar pašalinių medžiagų, sukuria papildomus vibracijos šaltinius dėl abrazyvinio kontakto ir srauto turbulencijos. Šis poveikis gali užgožti tikruosius gedimų požymius ir apsunkinti diagnostinį aiškinimą.

Tepimo sistemos problemos, įskaitant nepakankamą srautą, slėgio svyravimus ir paskirstymo netolygumus, sukuria laike kintančias guolių apkrovos sąlygas, kurios turi įtakos vibracijos modeliams. Tepimo sistemos veikimo ir vibracijos charakteristikų koreliacija suteikia vertingos diagnostinės informacijos.

Matavimo paklaidų atpažinimas ir kokybės kontrolė

Patikimai diagnostikai reikalingas sistemingas matavimo paklaidų, kurios gali lemti neteisingas išvadas ir nereikalingus priežiūros veiksmus, identifikavimas ir pašalinimas. Dažni klaidų šaltiniai yra jutiklių tvirtinimo problemos, elektros trukdžiai ir netinkami matavimo parametrai.

Jutiklio tvirtinimo patikrai naudojami paprasti metodai, įskaitant rankinius sužadinimo bandymus, lyginamuosius matavimus gretimose vietose ir dažnio atsako patikrą naudojant žinomus sužadinimo šaltinius. Laisvas tvirtinimas paprastai sumažina aukšto dažnio jautrumą ir gali sukelti klaidingus rezonansus.

Elektros trukdžių aptikimas apima spektrinių komponentų, esančių linijos dažnyje (50/60 Hz), ir jų harmonikų identifikavimą, lyginamuosius matavimus atjungus maitinimą ir vibracijos bei elektros signalų koherencijos įvertinimą. Tinkamas įžeminimas ir ekranavimas pašalina daugumą trukdžių šaltinių.

Parametrų tikrinimas apima matavimo vienetų, dažnių diapazono nustatymų ir analizės parametrų patvirtinimą. Neteisingas parametrų pasirinkimas gali sukelti matavimo artefaktus, kurie imituoja tikrus gedimų signalus.

Integruotų diagnostikos sistemų architektūra

Šiuolaikinėse lokomotyvų techninės priežiūros įmonėse naudojamos integruotos diagnostikos sistemos, kurios sujungia įvairius būklės stebėjimo metodus su centralizuoto duomenų valdymo ir analizės galimybėmis. Šios sistemos užtikrina išsamų įrangos įvertinimą, tuo pačiu sumažinant rankinio duomenų rinkimo ir analizės reikalavimus.

Paskirstytieji jutiklių tinklai leidžia vienu metu stebėti kelis komponentus visoje lokomotyvo sudėtyje. Belaidžiai jutiklių mazgai sumažina įrengimo sudėtingumą ir priežiūros reikalavimus, tuo pačiu užtikrindami duomenų perdavimą realiuoju laiku į centrines apdorojimo sistemas.

Automatizuoti analizės algoritmai apdoroja gaunamus duomenų srautus, kad nustatytų kylančias problemas ir sugeneruotų priežiūros rekomendacijas. Mašininio mokymosi metodai pritaiko algoritmo parametrus pagal istorinius duomenis ir priežiūros rezultatus, kad laikui bėgant pagerintų diagnostikos tikslumą.

Duomenų bazės integracija sujungia vibracijos analizės rezultatus su techninės priežiūros istorija, eksploatavimo sąlygomis ir komponentų specifikacijomis, kad būtų galima pateikti išsamią įrangos vertinimo ir techninės priežiūros planavimo paramą.

2.3.1.6. Vibracijos matavimo technologijos praktinis įgyvendinimas

Diagnostinės sistemos susipažinimas ir sąranka

Efektyvi vibracijos diagnostika prasideda nuo išsamaus diagnostinės įrangos galimybių ir apribojimų supratimo. Šiuolaikiniai nešiojamieji analizatoriai integruoja kelias matavimo ir analizės funkcijas, todėl norint efektyviai išnaudoti visas turimas funkcijas, reikia sistemingo mokymo.

Sistemos konfigūravimas apima lokomotyvų taikymams tinkamų matavimo parametrų, įskaitant dažnių diapazonus, skiriamosios gebos nustatymus ir analizės tipus, nustatymą. Numatytosios konfigūracijos retai užtikrina optimalų našumą konkrečioms reikmėms, todėl jas reikia pritaikyti pagal komponentų charakteristikas ir diagnostikos tikslus.

Kalibravimo patikra užtikrina matavimų tikslumą ir atsekamumą pagal nacionalinius standartus. Šis procesas apima tikslaus kalibravimo šaltinių prijungimą ir sistemos atsako patikrinimą visame dažnių ir amplitudės diapazone, naudojamame diagnostiniams matavimams.

Duomenų bazės sąranka nustato įrangos hierarchijas, matavimo taškų apibrėžimus ir kiekvieno stebimo komponento analizės parametrus. Tinkamas duomenų bazės organizavimas palengvina efektyvų duomenų rinkimą ir leidžia automatiškai palyginti juos su istorinėmis tendencijomis ir aliarmo ribomis.

Maršruto kūrimas ir duomenų bazės konfigūravimas

Maršrutų sudarymas apima sistemingą matavimo taškų ir sekų identifikavimą, kad būtų galima visapusiškai aprėpti svarbiausius komponentus, kartu optimizuojant duomenų rinkimo efektyvumą. Efektyvūs maršrutai subalansuoja diagnostikos išsamumą su praktiniais laiko apribojimais.

Matavimo taškų parinkimas teikia pirmenybę vietoms, užtikrinančioms maksimalų jautrumą galimiems gedimams, kartu užtikrinant pakartojamą jutiklio išdėstymą ir tinkamą saugų priėjimą. Kiekvienam matavimo taškui reikalinga tikslios vietos, jutiklio orientacijos ir matavimo parametrų dokumentacija.

Komponentų identifikavimo sistemos leidžia automatiškai tvarkyti ir analizuoti duomenis, susiejant matavimo taškus su konkrečiais įrangos elementais. Hierarchinė organizacija palengvina viso parko analizę ir panašių komponentų palyginimą keliuose lokomotyvuose.

Analizės parametrų apibrėžimas nustato kiekvienam matavimo taškui tinkamus dažnių diapazonus, skiriamosios gebos nustatymus ir apdorojimo parinktis. Guolių vietos reikalauja aukšto dažnio galimybės su gaubtinės analizės parinktimis, o balanso ir lygiavimo matavimai pabrėžia žemo dažnio našumą.

Vizualinės apžiūros ir paruošimo procedūros

Vizualinė apžiūra suteikia esminės informacijos apie komponentų būklę ir galimas matavimo problemas prieš atliekant vibracijos matavimus. Ši apžiūra atskleidžia akivaizdžias problemas, kurioms gali nereikėti išsamios vibracijos analizės, tuo pačiu metu nustatant veiksnius, galinčius turėti įtakos matavimo kokybei.

Tepimo sistemos patikra apima tepalo lygio, nuotėkio požymių ir užterštumo indikatorių patikrinimą. Nepakankamas tepimas turi įtakos vibracijos charakteristikoms ir gali rodyti gresiančius gedimus, kuriems reikia nedelsiant atkreipti dėmesį, neatsižvelgiant į vibracijos lygį.

Tvirtinimo detalių patikrinimas nustato atsilaisvinusius varžtus, pažeistus komponentus ir konstrukcines problemas, kurios gali turėti įtakos vibracijos perdavimui arba jutiklio tvirtinimui. Šias problemas gali tekti ištaisyti, kad būtų galima atlikti patikimus matavimus.

Paviršiaus paruošimas jutiklio tvirtinimui apima matavimo paviršių valymą, dažų ar korozijos pašalinimą ir tinkamo sriegių sujungimo užtikrinimą nuolatiniams tvirtinimo smeigėms. Tinkamas paviršiaus paruošimas tiesiogiai veikia matavimo kokybę ir pakartojamumą.

Aplinkos pavojaus vertinimas nustato saugos problemas, įskaitant karštus paviršius, besisukančius mechanizmus, elektros pavojus ir nestabilias konstrukcijas. Saugos sumetimais matavimo personalui gali prireikti specialių procedūrų arba apsaugos įrangos.

Komponento veikimo režimo nustatymas

Diagnostiniams matavimams atlikti reikia nustatyti nuoseklias veikimo sąlygas, kurios užtikrintų pakartojamus rezultatus ir optimalų jautrumą gedimų sąlygoms. Veikimo režimo pasirinkimas priklauso nuo komponento konstrukcijos, turimų prietaisų ir saugos apribojimų.

Veikiant be apkrovos, galima atlikti pradinius matavimus su minimaliu išoriniu mechaninio ar elektrinio apkrovimo poveikiu. Šis režimas aiškiausiai atskleidžia esmines problemas, įskaitant disbalansą, nesuderinamumą ir elektromagnetinius gedimus.

Apkrovos veikimas esant nurodytiems galios lygiams atskleidžia nuo apkrovos priklausomus reiškinius, kurie gali nepasireikšti atliekant bandymus be apkrovos. Progresyvus apkrovimas padeda nustatyti apkrovai jautrias problemas ir nustatyti sunkumo ryšius tendencijų nustatymo tikslais.

Greičio reguliavimo sistemos palaiko pastovų sukimosi greitį matavimo metu, kad būtų užtikrintas dažnio stabilumas ir atlikta tiksli spektrinė analizė. Greičio pokyčiai matavimo metu sukelia spektrinį iškraipymą, kuris sumažina analizės skiriamąją gebą ir diagnostinį tikslumą.

Terminės pusiausvyros nustatymas užtikrina, kad matavimai atitiktų įprastas veikimo sąlygas, o ne trumpalaikius paleidimo efektus. Daugumai besisukančių mašinų reikia 15–30 minučių veikimo, kad būtų pasiektas terminis stabilumas ir reprezentatyvūs vibracijos lygiai.

Sukimosi greičio matavimas ir patikra

Tikslus sukimosi greičio matavimas suteikia esminės informacijos spektrinei analizei ir gedimų dažnio skaičiavimams. Greičio matavimo paklaidos tiesiogiai veikia diagnostikos tikslumą ir gali lemti neteisingą gedimų identifikavimą.

Optiniai tachometrai leidžia matuoti greitį bekontakčiu būdu, naudojant šviesą atspindinčią juostelę arba natūralius paviršiaus elementus. Šie prietaisai pasižymi dideliu tikslumu ir saugumu, tačiau patikimam veikimui reikalingas tiesioginis matomumas ir pakankamas paviršiaus kontrastas.

Magnetiniai jutikliai aptinka feromagnetinių objektų, tokių kaip krumpliaračiai ar veleno grioveliai, praėjimą. Šie jutikliai pasižymi puikiu tikslumu ir atsparumu užterštumui, tačiau norint juos naudoti, reikia įrengti jutiklius ir taikinius ant besisukančių komponentų.

Stroboskopinis greičio matavimas naudoja sinchronizuotas mirksinčias šviesas, kad sukurtų tariamus nejudančius besisukančių komponentų vaizdus. Ši technika leidžia vizualiai patikrinti sukimosi greitį ir stebėti dinaminį elgesį veikimo metu.

Greičio patikrinimas spektrinės analizės būdu apima žinomų sukimosi dažnių atitinkančių ryškių spektrinių smailių nustatymą ir palyginimą su tiesioginiais greičio matavimais. Šis metodas patvirtina matavimo tikslumą ir padeda nustatyti su greičiu susijusius spektrinius komponentus.

Daugiataškis vibracijos duomenų rinkimas

Sistemingas vibracijos duomenų rinkimas atliekamas pagal iš anksto nustatytus maršrutus ir matavimo sekas, siekiant užtikrinti išsamią aprėptį, kartu išlaikant matavimo kokybę ir efektyvumą. Duomenų rinkimo procedūros turi atitikti įvairias prieigos sąlygas ir įrangos konfigūracijas.

Jutiklio išdėstymo pakartojamumas užtikrina matavimų nuoseklumą tarp nuoseklių duomenų rinkimo seansų. Nuolatiniai tvirtinimo kaiščiai užtikrina optimalų pakartojamumą, tačiau gali būti nepraktiški visose matavimo vietose. Laikiniems tvirtinimo metodams reikalingas kruopštus dokumentavimas ir padėties nustatymo priemonės.

Matavimo laiko aspektai apima tinkamą nusistovėjimo laiką po jutiklio įrengimo, pakankamą matavimo trukmę statistiniam tikslumui užtikrinti ir derinimą su įrangos darbo grafikais. Skuboti matavimai dažnai duoda nepatikimus rezultatus, kurie apsunkina diagnostinį interpretavimą.

Aplinkos sąlygų dokumentuose nurodoma aplinkos temperatūra, drėgmė ir akustinio fono lygiai, kurie gali turėti įtakos matavimo kokybei arba interpretavimui. Ekstremaliomis sąlygomis gali prireikti atidėti matavimą arba modifikuoti parametrus.

Realaus laiko kokybės vertinimas apima signalo charakteristikų stebėjimą duomenų rinkimo metu, siekiant nustatyti matavimo problemas prieš baigiant rinkti duomenis. Šiuolaikiniai analizatoriai teikia spektrinius ekranus ir signalo statistiką, kuri leidžia nedelsiant įvertinti kokybę.

Akustinis stebėjimas ir temperatūros matavimas

Akustinės emisijos stebėjimas papildo vibracijos analizę, aptikdamas aukšto dažnio įtempių bangas, kurias sukelia įtrūkimų sklidimas, trintis ir smūgiai. Šie matavimai leidžia anksti įspėti apie besivystančias problemas, kurios dar gali nesukelti išmatuojamų vibracijos pokyčių.

Ultragarsiniai klausymosi prietaisai leidžia garsiniu būdu stebėti guolių būklę taikant dažnio keitimo metodus, kurie ultragarso spinduliuotę paverčia girdimaisiais dažniais. Patyrę technikai gali nustatyti būdingus garsus, susijusius su konkrečiais gedimų tipais.

Temperatūros matavimai suteikia esminės informacijos apie komponentų terminę būklę ir padeda patvirtinti vibracijos analizės rezultatus. Guolių temperatūros stebėjimas atskleidžia tepimo problemas ir apkrovos sąlygas, kurios turi įtakos vibracijos charakteristikoms.

Infraraudonųjų spindulių termografija leidžia bekontakčiu būdu matuoti temperatūrą ir nustatyti terminius modelius, rodančius mechanines problemas. Karštosios dėmės gali rodyti trinties, nesuderinamumo ar tepimo problemas, į kurias reikia nedelsiant atkreipti dėmesį.

Temperatūros tendencijų analizė kartu su vibracijos tendencijų analize leidžia išsamiai įvertinti komponentų būklę ir degradacijos greitį. Vienalaikis temperatūros ir vibracijos padidėjimas dažnai rodo spartėjančius nusidėvėjimo procesus, kuriems reikia skubių priežiūros veiksmų.

Duomenų kokybės tikrinimas ir klaidų aptikimas

Matavimo kokybės patikra apima sistemingą gautų duomenų vertinimą, siekiant nustatyti galimas klaidas ar anomalijas, kurios galėtų lemti neteisingas diagnostines išvadas. Kokybės kontrolės procedūros turėtų būti taikomos iš karto po duomenų surinkimo, kol matavimo sąlygos išlieka šviežios atmintyje.

Spektrinės analizės kokybės rodikliai apima tinkamas triukšmo ribas, akivaizdžių diskretizacijos artefaktų nebuvimą ir pagrįstą dažnių turinį, palyginti su žinomais sužadinimo šaltiniais. Spektriniai pikai turėtų sutapti su numatomais dažniais, pagrįstais sukimosi greičiais ir komponentų geometrija.

Laiko bangos formos analizė atskleidžia signalo charakteristikas, kurios gali būti nematomos atliekant dažnio srities analizę. Nukrypimai, nuolatinės srovės poslinkiai ir periodinės anomalijos rodo matavimo sistemos problemas, kurias reikia ištaisyti prieš duomenų analizę.

Pakartojamumo patikrinimas apima kelių matavimų atlikimą identiškomis sąlygomis, siekiant įvertinti matavimo nuoseklumą. Per didelis kintamumas rodo nestabilias veikimo sąlygas arba matavimo sistemos problemas.

Istorinis palyginimas suteikia kontekstą dabartiniams matavimams įvertinti, palyginti su ankstesniais duomenimis iš tų pačių matavimo taškų. Staigūs pokyčiai gali rodyti tikras įrangos problemas arba matavimo paklaidas, kurias reikia ištirti.

2.3.1.7. Praktinis guolių būklės įvertinimas naudojant pirminius matavimo duomenis

Matavimo paklaidų analizė ir duomenų patvirtinimas

Patikimai guolių diagnostikai reikalingas sistemingas matavimo paklaidų, kurios gali užmaskuoti tikrus gedimų signalus arba sukelti klaidingus rodmenis, identifikavimas ir pašalinimas. Klaidų analizė pradedama iškart po duomenų surinkimo, o matavimo sąlygos ir procedūros atmintyje išlieka aiškios.

Spektrinės analizės patvirtinimas apima dažnių srities charakteristikų patikrinimą, siekiant nustatyti jų suderinamumą su žinomais sužadinimo šaltiniais ir matavimo sistemos galimybėmis. Tikri guolių defektų parašai pasižymi specifiniais dažnių ryšiais ir harmoniniais modeliais, kurie juos skiria nuo matavimo artefaktų.

Laiko srities analizė atskleidžia signalo charakteristikas, kurios gali rodyti matavimo problemas, įskaitant iškraipymus, elektros trukdžius ir mechaninius trikdžius. Guolių defektų signalai paprastai pasižymi impulsinėmis charakteristikomis, turinčiomis didelius amplitudės koeficientus ir periodinius amplitudės modelius.

Istorinių tendencijų analizė suteikia esminį kontekstą vertinant dabartinius matavimus, palyginti su ankstesniais duomenimis iš identiškų matavimo vietų. Laipsniški pokyčiai rodo tikrą įrangos gedimą, o staigūs pokyčiai gali rodyti matavimo klaidas arba išorinius veiksnius.

Kelių kanalų patikra apima kelių to paties komponento jutiklių matavimų palyginimą, siekiant nustatyti kryptinį jautrumą ir patvirtinti gedimo buvimą. Guolių defektai paprastai veikia kelias matavimo kryptis, išlaikant būdingus dažnių ryšius.

Aplinkos veiksnių vertinimas atsižvelgia į išorinius veiksnius, įskaitant temperatūros svyravimus, apkrovos pokyčius ir akustinį foną, kurie gali turėti įtakos matavimo kokybei ar interpretavimui. Aplinkos sąlygų ir vibracijos charakteristikų koreliacija suteikia vertingos diagnostinės informacijos.

Sukimosi greičio patikrinimas naudojant spektrinę analizę

Tikslus sukimosi greičio nustatymas suteikia pagrindą visiems guolių gedimų dažnio skaičiavimams ir diagnostinei interpretacijai. Spektrinė analizė siūlo kelis greičio tikrinimo metodus, kurie papildo tiesioginius tachometro matavimus.

Pagrindinio dažnio identifikavimas apima spektrinių pikų, atitinkančių veleno sukimosi dažnį, kuris turėtų būti aiškiai matomas daugumos besisukančių mašinų spektruose dėl likusio disbalanso ar nedidelio nesutapimo, nustatymą. Pagrindinis dažnis yra bazinis atskaitos taškas visiems harmoniniams ir guolių dažnių skaičiavimams.

Harmoninių modelių analizė nagrinėja pagrindinio dažnio ir jo harmonikų santykį, siekiant patvirtinti greičio tikslumą ir nustatyti papildomas mechanines problemas. Grynas sukimosi disbalansas sukuria daugiausia pagrindinio dažnio vibraciją, o mechaninės problemos sukuria aukštesnius harmonikus.

Elektromagnetinis dažnio identifikavimas varikliuose atskleidžia tinklo dažnio komponentus ir plyšio praėjimo dažnius, kurie užtikrina nepriklausomą greičio patikrinimą. Šie dažniai palaiko fiksuotą ryšį su elektros tinklo dažniu ir variklio konstrukcijos parametrais.

Krumpliaračių sujungimo dažnio identifikavimas krumpliaračių sistemose užtikrina labai tikslų greičio nustatymą, remiantis sujungimo dažnio ir sukimosi greičio santykiu. Krumpliaračių sujungimo dažniai paprastai sukuria ryškius spektrinius pikus su puikiu signalo ir triukšmo santykiu.

Greičio kitimo vertinimas tiria spektrinio piko ryškumą ir šoninės juostos struktūrą, siekiant įvertinti greičio stabilumą matavimo metu. Greičio nestabilumas sukelia spektrinį iškreipimą ir šoninės juostos susidarymą, o tai sumažina analizės tikslumą ir gali užmaskuoti guolių defektų parašus.

Guolių defektų dažnio skaičiavimas ir identifikavimas

Guolių defektų dažnio skaičiavimams reikalingi tikslūs guolių geometrijos duomenys ir tiksli informacija apie sukimosi greitį. Šie skaičiavimai pateikia teorinius dažnius, kurie naudojami kaip šablonai faktiniams guolių defektų požymiams nustatyti išmatuotuose spektruose.

Išorinio guolio defektų dažnis (BPFO) – tai riedėjimo elementų susidūrimo su išorinio guolio defektais dažnis. Šis dažnis paprastai svyruoja nuo 0,4 iki 0,6 karto didesnio sukimosi dažnio, priklausomai nuo guolio geometrijos ir kontaktinio kampo charakteristikų.

Riedėjimo elemento praėjimo dažnis. Vidinio žiedo defektai (BPFI) rodo riedėjimo elemento sąlyčio su vidinio žiedo defektais greitį. BPFI paprastai viršija BPFO 20-40% ir gali turėti amplitudės moduliaciją sukimosi dažniu dėl apkrovos zonos poveikio.

Pagrindinis traukinio dažnis (FTF) yra narvelio sukimosi dažnis ir paprastai lygus 0,35–0,45 karto didesniam veleno sukimosi dažniui. Narvelio defektai arba tepimo problemos gali sukelti vibraciją FTF ir jo harmonikų metu.

Rutulio sukimosi dažnis (BSF) rodo individualų riedėjimo elemento sukimosi dažnį ir retai pasirodo vibracijos spektruose, nebent riedėjimo elementai turi specifinių defektų ar matmenų skirtumų. BSF identifikavimui reikalinga kruopšti analizė dėl paprastai mažos amplitudės.

Dažnio tolerancijos aspektai atsižvelgia į gamybos skirtumus, apkrovos efektus ir matavimo neapibrėžtumus, dėl kurių faktiniai defektų dažniai gali skirtis nuo teorinių skaičiavimų. Paieškos dažnių diapazonas ±5% aplink apskaičiuotus dažnius atsižvelgia į šiuos skirtumus.

Spektrinio šablono atpažinimas ir gedimų identifikavimas

Guolių gedimų identifikavimui reikalingi sistemingi šablonų atpažinimo metodai, kurie atskiria tikrus guolių defektų signalus nuo kitų vibracijos šaltinių. Kiekvienas gedimo tipas sukuria būdingus spektrinius modelius, kurie, tinkamai interpretuojant, leidžia nustatyti konkrečią diagnozę.

Išorinės rasės defektų charakteristikos paprastai pasireiškia kaip atskiri spektriniai pikai ties BPFO ir jo harmonikomis be reikšmingos amplitudės moduliacijos. Sukimosi dažnių šoninių juostų nebuvimas skiria išorinės rasės defektus nuo vidinės rasės problemų.

Vidinio žiedo defektų parašai pasižymi BPFI pagrindiniu dažniu, kurio šoninės juostos yra išdėstytos sukimosi dažnio intervalais. Ši amplitudės moduliacija atsiranda dėl apkrovos zonos efektų, kai defektinė sritis sukasi kintant apkrovos sąlygoms.

Riedėjimo elemento defektų parašai gali atsirasti ties BSF arba sukelti kitų guolių dažnių moduliaciją. Šie defektai dažnai sukuria sudėtingus spektrinius modelius, kuriuos reikia atidžiai išanalizuoti, kad būtų galima atskirti nuo lenktynių defektų.

Narvelio defektų charakteristikos paprastai pasireiškia ties FTF ir jo harmonikomis, dažnai lydimos padidėjusio foninio triukšmo lygio ir nestabilios amplitudės charakteristikos. Narvelio problemos taip pat gali moduliuoti kitus guolių dažnius.

Vokų analizės įgyvendinimas ir interpretavimas

Gaubinės analizės metu iš aukšto dažnio vibracijos išgaunama amplitudės moduliacijos informacija, siekiant atskleisti žemo dažnio guolių defektų modelius. Ši technika yra ypač efektyvi aptinkant ankstyvos stadijos guolių defektus, kurie gali nesukelti išmatuojamos žemo dažnio vibracijos.

Dažnių juostos parinkimas gaubtinės analizės tikslais reikalauja nustatyti struktūrinius rezonansus arba guolio natūraliuosius dažnius, kuriuos sužadina guolio smūgio jėgos. Optimalios dažnių juostos paprastai svyruoja nuo 1000 iki 8000 Hz, priklausomai nuo guolio dydžio ir tvirtinimo charakteristikų.

Filtro konstrukcijos parametrai daro didelę įtaką gaubtinės analizės rezultatams. Juostiniai filtrai turėtų užtikrinti pakankamą pralaidumą, kad būtų galima užfiksuoti rezonansines charakteristikas, kartu neįtraukiant gretimų rezonansų, kurie gali iškreipti rezultatus. Filtro slopinimo charakteristikos turi įtakos trumpalaikiam atsakui ir smūgio aptikimo jautrumui.

Gaubinės spektro interpretavimas vadovaujasi panašiais principais kaip ir įprastinė spektrinė analizė, tačiau daugiausia dėmesio skiriama moduliacijos dažniams, o ne nešlio dažniams. Guolių defektų dažniai gaubtinės spektre atsiranda kaip atskiri pikai, kurių amplitudės rodo defekto sunkumą.

Gaubinės analizės kokybės vertinimas apima filtro pasirinkimo, dažnių juostos charakteristikų ir signalo bei triukšmo santykio įvertinimą, siekiant užtikrinti patikimus rezultatus. Prasti gaubtinės analizės rezultatai gali rodyti netinkamą filtro pasirinkimą arba nepakankamą struktūrinį rezonansinį sužadinimą.

Amplitudės vertinimas ir sunkumo klasifikacija

Guolių defektų sunkumo vertinimas reikalauja sistemingo vibracijos amplitudės įvertinimo, atsižvelgiant į nustatytus kriterijus ir istorines tendencijas. Sunkumo klasifikacija leidžia planuoti techninę priežiūrą ir vertinti riziką, kad būtų galima tęsti eksploataciją.

Absoliučios amplitudės kriterijai pateikia bendrąsias guolių būklės vertinimo gaires, pagrįstas pramonės patirtimi ir standartais. Šie kriterijai paprastai nustato bendros vibracijos ir konkrečių dažnių juostų įspėjimo ir aliarmo lygius.

Tendencijų analizė įvertina amplitudės pokyčius laikui bėgant, siekiant įvertinti degradacijos greitį ir numatyti likusį naudingo tarnavimo laiką. Eksponentinis amplitudės augimas dažnai rodo spartėjančią žalą, dėl kurios reikia imtis skubių techninės priežiūros veiksmų.

Lyginamoji analizė įvertina guolių būklę, palyginti su panašiais guoliais identiškose taikymo srityse, atsižvelgiant į konkrečias eksploatavimo sąlygas ir įrengimo charakteristikas. Šis metodas leidžia tiksliau įvertinti būklės sunkumą nei vien tik absoliutūs kriterijai.

Kelių parametrų integravimas sujungia informaciją iš bendro vibracijos lygio, specifinių defektų dažnių, apvalkalo analizės rezultatų ir temperatūros matavimų, kad būtų galima atlikti išsamų guolio įvertinimą. Vieno parametro analizė gali pateikti neišsamią arba klaidinančią informaciją.

Apkrovos zonos efektai ir moduliacijos modelio analizė

Guolio apkrovos pasiskirstymas daro didelę įtaką vibracijos požymiams ir diagnostinei interpretacijai. Apkrovos zonos poveikis sukuria amplitudės moduliacijos modelius, kurie suteikia papildomos informacijos apie guolio būklę ir apkrovos charakteristikas.

Vidinio žiedo defektų moduliacija vyksta, kai defektinės sritys kiekvieno apsisukimo metu sukasi per skirtingas apkrovos zonas. Maksimali moduliacija įvyksta, kai defektai sutampa su maksimalios apkrovos pozicijomis, o minimali moduliacija atitinka neapkrautas pozicijas.

Apkrovos zonos nustatymas moduliacijos analizės būdu atskleidžia guolių apkrovos modelius ir gali rodyti nesutapimą, pamatų problemas arba nenormalų apkrovos pasiskirstymą. Asimetriniai moduliacijos modeliai rodo netolygias apkrovos sąlygas.

Šoninių juostų analizė nagrinėja dažnių komponentus aplink guolių defektų dažnius, siekiant kiekybiškai įvertinti moduliacijos gylį ir nustatyti moduliacijos šaltinius. Sukimosi dažnių šoninės juostos rodo apkrovos zonos poveikį, o kiti šoninių juostų dažniai gali atskleisti papildomas problemas.

Moduliacijos modelių fazinė analizė suteikia informacijos apie defektų vietą apkrovos zonų atžvilgiu ir gali padėti numatyti pažeidimo progresavimo modelius. Pažangūs analizės metodai gali įvertinti likusį guolio tarnavimo laiką pagal moduliacijos charakteristikas.

Integracija su papildomais diagnostikos metodais

Išsamus guolių vertinimas apima vibracijos analizę su papildomais diagnostikos metodais, siekiant pagerinti tikslumą ir sumažinti klaidingų aliarmų skaičių. Įvairūs diagnostikos metodai leidžia patvirtinti problemos nustatymą ir geriau įvertinti jos sunkumą.

Alyvos analizė atskleidžia guolių susidėvėjimo daleles, užterštumo lygį ir tepalo degradaciją, kurie koreliuoja su vibracijos analizės rezultatais. Didėjanti susidėvėjimo dalelių koncentracija dažnai pasireiškia prieš pastebimus vibracijos pokyčius kelias savaites.

Temperatūros stebėjimas realiuoju laiku rodo guolio terminę būklę ir trinties lygius. Temperatūros padidėjimas dažnai lydimas vibracijos padidėjimo guolio degradacijos procesų metu.

Akustinės emisijos stebėjimas aptinka aukšto dažnio įtempių bangas, atsirandančias dėl įtrūkimų sklidimo ir paviršiaus sąlyčio reiškinių, kurie gali pasireikšti anksčiau nei įprasti vibracijos požymiai. Šis metodas leidžia kuo anksčiau aptikti defektus.

Našumo stebėjimas įvertina guolių poveikį sistemos veikimui, įskaitant efektyvumo pokyčius, apkrovos pasiskirstymo svyravimus ir veikimo stabilumą. Našumo pablogėjimas gali rodyti guolių problemas, kurias reikia ištirti, net jei vibracijos lygis išlieka priimtinas.

Dokumentacijos ir ataskaitų teikimo reikalavimai

Efektyviai guolių diagnostikai reikalinga išsami matavimo procedūrų, analizės rezultatų ir priežiūros rekomendacijų dokumentacija, kad būtų galima priimti sprendimus ir pateikti istorinius įrašus tendencijų analizei.

Matavimo dokumentuose pateikiama įrangos konfigūracija, aplinkos sąlygos, veikimo parametrai ir kokybės vertinimo rezultatai. Ši informacija leidžia ateityje kartoti matavimus ir suteikia kontekstą rezultatų interpretavimui.

Analizės dokumentuose fiksuojamos skaičiavimo procedūros, dažnio nustatymo metodai ir diagnostinis samprotavimas, siekiant pagrįsti išvadas ir sudaryti sąlygas kolegų vertinimui. Išsami dokumentacija palengvina žinių perdavimą ir mokymo veiklą.

Rekomendacijų dokumentuose pateikiamos aiškios techninės priežiūros gairės, įskaitant skubumo klasifikaciją, siūlomas remonto procedūras ir stebėsenos reikalavimus. Rekomendacijose turėtų būti pateiktas pakankamas techninis pagrindimas, pagrindžiantis techninės priežiūros planavimo sprendimus.

Istorinės duomenų bazės priežiūra užtikrina, kad matavimo ir analizės rezultatai išliktų prieinami tendencijų analizei ir lyginamiesiems tyrimams. Tinkamas duomenų bazės organizavimas palengvina viso parko analizę ir bendrų problemų, susijusių su panašia įranga, nustatymą.

Išvada

Geležinkelio lokomotyvų komponentų vibracijos diagnostika yra sudėtinga inžinerijos disciplina, kurioje derinami pagrindiniai mechanikos principai su pažangiomis matavimo ir analizės technologijomis. Šiame išsamiame vadove nagrinėjami esminiai elementai, reikalingi veiksmingam vibracijos pagrindu veikiančios būklės stebėsenos įdiegimui lokomotyvų techninės priežiūros operacijose.

Sėkmingos vibracijos diagnostikos pagrindas yra išsamus besisukančių mašinų osciliacinių reiškinių ir aširačių-variklio blokų (WMB), aširačių-krumpliaračių blokų (WGB) ir pagalbinių mašinų (AM) specifinių savybių supratimas. Kiekvienas komponento tipas pasižymi unikaliais vibracijos požymiais, kuriems reikalingi specialūs analizės metodai ir interpretavimo metodai.

Šiuolaikinės diagnostikos sistemos suteikia galingas galimybes ankstyvam gedimų aptikimui ir jų sunkumo įvertinimui, tačiau jų veiksmingumas labai priklauso nuo tinkamo įdiegimo, matavimų kokybės kontrolės ir kvalifikuoto rezultatų interpretavimo. Kelių diagnostikos metodų integravimas padidina patikimumą ir sumažina klaidingų aliarmų skaičių, tuo pačiu metu užtikrinant išsamų komponentų būklės įvertinimą.

Nuolatinė jutiklių technologijų, analizės algoritmų ir duomenų integravimo galimybių pažanga žada dar labiau pagerinti diagnostikos tikslumą ir veiklos efektyvumą. Geležinkelių priežiūros organizacijos, investuojančios į išsamias vibracijos diagnostikos galimybes, gaus didelę naudą dėl sumažėjusio neplanuotų gedimų skaičiaus, optimizuoto techninės priežiūros planavimo ir padidėjusio eksploatavimo saugumo.

Sėkmingam vibracijos diagnostikos įdiegimui reikalingas nuolatinis įsipareigojimas mokymams, technologijų tobulinimui ir kokybės užtikrinimo procedūroms. Geležinkelių sistemoms toliau tobulėjant siekiant didesnio greičio ir didesnių patikimumo reikalavimų, vibracijos diagnostika vaidins vis svarbesnį vaidmenį užtikrinant saugų ir efektyvų lokomotyvų darbą.