Guolių defektų diagnostika
Guolių defektai tai mikroskopiniai arba makroskopiniai defektai – įtrūkimai, atsilupimai ar duobutės – ant ritininių guolių darbinio paviršiaus. Kadangi ritininiai guoliai yra esminė daugelio besisukančių mašinų dalis ir dažna gedimų vieta, šių defektų ankstyvas aptikimas yra viena iš svarbiausių užduočių vibracijos analizė. Defektas sukelia pasikartojantį, periodišką smūgį kiekvieną kartą, kai per jį pravažiuoja riedėjimo elementas, ir būtent šis periodiškumas leidžia pastebėti gedimą spektras dar gerokai prieš tai, kai guolis perkaista ar pradeda girdėtis.
1. Guolių defektų pobūdis
Tipinis ritininių elementų guolis susideda iš keturių dalių: išorinio žiedo, vidinio žiedo, rutulių arba ritinėlių rinkinio ir narvelio, kuris užtikrina, kad elementai būtų išdėstyti vienodais atstumais. Defektas – tai bet kurio iš šių paviršių pažeidimas. Kai ritininis elementas per jį pravažiuoja, sąlyčio metu susidaro nedidelis, staigus, aukšto dažnio smūgis – „spragtelėjimas“. Vienas spragtelėjimas turi labai mažai energijos, tačiau smūgiai kartojasi kiekvieną kartą, kai elementas praeina, sukurdami labai periodišką signalą. Vibracijos analizė ypač gerai atpažįsta tokio pobūdžio pasikartojančius smūgius, todėl susidėvėjusią guolį galima aptikti kelis mėnesius iš anksto, o ne tada, kai ji visiškai užsikimš.
2. Keturi pagrindiniai gedimų dažniai
Pagrindinis guolių diagnostikos principas yra tas, kad esant tam tikrai guolio geometrijai ir veleno sūkių skaičiui smūgiai atsiranda labai konkrečiu, nuspėjamu dažnumu. Šie guolių gedimų dažniai are:
- BPFO (Kamuolio perdavimų dažnis, išorinis ratas): greitis, kuriuo riedėjimo elementai praeina pro vieną tašką ant nejudančio išorinio žiedo. Tai dažniausiai pasitaikantis guolio defektas.
- BPFI (Kamuolio perdavimų dažnis, vidinis ratas): greitis, kuriuo elementai praeina pro tam tikrą tašką ant vidinio žiedo. Kadangi vidinis žiedas sukasi kartu su velenu, BPFI yra didesnis už BPFO.
- BSF (Kamuolio sukimosi dažnis): sukimosi elementų sukimosi aplink savo ašį dažnis. BSF defektas dažnai generuoja dvigubai didesnę energiją, nes kiekvieno elemento apsisukimo metu defektas liečia abu žiedus.
- FTF (Pagrindinis traukinių eismo dažnis): rotoriaus, arba „traukinio“, sukimosi dažnis. Tai labai mažas dažnis, paprastai mažesnis nei 0,5 karto darbinis greitis.
Šie rodikliai priklauso nuo guolio geometrijos – žingsnio skersmens, riedėjimo elemento skersmens, sąlyčio kampo ir elementų skaičiaus – bei veleno sukimosi greičio. Vibracijos skaičiavimo programinė įranga paprastai turi didelę guolių duomenų bazę ir juos apskaičiuoja automatiškai; be to, juos galima apskaičiuoti tiesiogiai naudojant guolių gedimų dažnio skaičiuoklė kai žinomas guolio kataloginis numeris arba matmenys.
3. Kaip guolių defektai atsiranda spektre
Besivystantis defektas palieka būdingą pėdsaką FFT spektras:
- Aukšto dažnio smailės: pati gedimo dažnio banga (pavyzdžiui, BPFO) pasirodo kaip smailė, esanti gerokai aukščiau dažnių diapazono, toli nuo žemesnės eilės sukimosi smailių.
- Harmonikos: dėl staigaus ir impulsyvaus smūgių pobūdžio paprastai susidaro keletas harmonikų – tikslių gedimo dažnio kartotinių, o ilga jų seka rodo, kad gedimas yra gerai išsivystęs.
- Šoninės juostos: tai yra lemiamas diagnostinis rodiklis. Gedimo dažnio smailę paprastai supa šoninės juostos, kurių tarpas atitinka 1 kartą didesnį sukimosi greitį. BPFO smailė su 1 kartą didesnėmis šoninėmis juostomis yra klasikinis išorinio žiedo požymis, o vidinio žiedo defektas (BPFI) beveik visada pasižymi 1 kartą didesnėmis šoninėmis juostomis, nes besisukantis defektas vieną kartą per apsisukimą įeina į guolio apkrovos zoną ir iš jos išeina, taip moduliuodamas smūginį stiprumą.
Ankstyviausiose stadijose šie piko signalai yra silpni ir lengvai pasimeta spektro foniniame triukšme, todėl paprastai taikoma specializuota aptikimo technika.
4. Apgaubos analizė ankstyvojo aptikimo tikslais
Gaubtinės analizė, dar vadinamas demoduliacija, yra veiksmingiausias būdas ankstyvųjų stadijų guolių defektams aptikti. Tai signalų apdorojimo metodas, kurio metu juostinis filtras pašalina žemo dažnio, didelės energijos vibracijas iš šaltinių, tokių kaip disbalansas ir nesutapimas, tada dėmesys sutelkiamas tik į aukšto dažnio ir mažos energijos smūgius, kuriuos sukelia defektas. Pasikartojantys smūgiai sukelia konstrukcijos savitus virpesius, o apgaubos apdorojimas išskiria tų virpesių pasikartojimo dažnį.
Gautas apvalkalo spektras yra ypač „aiškus“ – jame aiškiai matomi guolio gedimų dažniai ir jų harmonikos, išsiskiriantys prieš šviesų foną. Tai leidžia aptikti gedimus likus keliems mėnesiams, o kartais net keleriems metams iki to laiko, kai guolis kitaip būtų sugedęs, suteikiant pakankamai laiko planuoti keitimą, o ne reaguoti į staigų gedimą.
5. Diagnozės patvirtinimas lauke
Patikimas gedimo nustatymas grindžiamas išmatuotų smailių atitikimu apskaičiuotoms gedimo dažnių vertėms bei numatomo šoninių juostų modelio patvirtinimu, o geriausia, jei tai patvirtina amplitudės spektras ir aiški augimo tendencija, pastebima atliekant pakartotinius matavimus. Nešiojamas dviejų kanalų matavimo prietaisas, pavyzdžiui, Balanset-1A leidžia inžinieriui užfiksuoti mašinos guolių spektrą esant darbinio greičio sąlygoms, todėl įtariamą guolio gedimą galima patikrinti vietoje, palyginant su numatytomis dažnių charakteristikomis. Taip pat verta atmesti panašius šaltinius: konstrukcinius laisvumas ir ritininių elementų gedimai gali sukelti plačiajuosčio dažnio energiją, tačiau tik tikras guolio defektas atitinka BPFO, BPFI, BSF arba FTF tipų grupes.
