BPFO paaiškinimas — rutuliukų perėjimo per išorinį žiedą dažnis
BPFO (Kamuolių perdavimo dažnis, išorinė lenktynių trajektorija) yra vienas iš keturių pagrindinių guolių gedimų dažniai ir apibūdina greitį, kuriuo riedėjimo elementai – rutuliai ar ritinėliai – pravažiuoja pro defektą, esantį stacionarioje išorinėje riedėjimo elementų guolio žiedo dalyje. Jei ant to žiedo yra atplaiša, įtrūkimai ar įdubos, kiekvienas riedėjimo elementas, pravažiuodamas pro šį defektą, atsitrenkia į jį, sukeldamas pasikartojančius smūgius, kurių bangos sklinda vibracija BPFO dažniu. Iš tos šeimos, kuriai taip pat priklauso BPFI, BSFir FTF, BPFO paprastai yra diagnostiniu požiūriu vertingiausias rodiklis: išorinio žiedo defektai yra dažniausia guolio gedimas, sudarančios maždaug 40 % visų ritininių guolių gedimų. Laiku nustatęs BPFO signalo piką, analitikas gali atkreipti dėmesį į išorinio žiedo problemą dar likus keliems mėnesiams iki tikrojo guolio gedimo.
1. Matematiniai skaičiavimai
BPFO dydis priklauso vien tik nuo guolio vidinės geometrijos ir veleno sukimosi greičio, todėl jis yra toks patikimas diagnostinis rodiklis – tas pats guolis visada užtikrina tą patį charakteristinį santykį darbinis greitis.
Formulė
BPFO = (N × n / 2) × [1 − (Bd / Pd) × cos β]
Kintamieji
- N = riedėjimo elementų (kamuoliukų arba ritinėlių) skaičius guolyje.
- n = veleno sukimosi dažnis hercais (t. y. apsisukimų per minutę skaičius padalintas iš 60).
- Bd = rutulio arba ritinėlio skersmuo.
- Dienos metu = žingsnio skersmuo (apskritimo, einančio per riedėjimo elementų centrus, skersmuo).
- β = kontaktinis kampas (paprastai 0° radialiniams rutuliniams guoliams, 15–40° kampiniams guoliams).
BPFI, BSF ir FTF pagrįstos ta pačia aritmetika, todėl labai svarbu teisingai nustatyti geometrinį koeficientą. Jei nenorite įvesti lygties rankiniu būdu, Guolių defektų dažnio skaičiuoklė grąžina visus keturis dažnius, apskaičiuotus pagal matmenis ir greitį.
Supaprastintas aproksimavimas
Nulinio sąlyčio kampo guolių (β = 0°) atveju kosinuso narys išnyksta, ir atsiranda naudinga praktinė taisyklė:
- BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 − Bd/Pd].
- Tipiniam guoliui, kurio Bd/Pd ≈ 0,2, tai duoda BPFO ≈ 0,4 × N × n — tai yra, maždaug 40 % (kamuoliukų skaičiaus × veleno dažnio).
- Atitinkamas BPFI BPFI skliaustuose naudoja pliuso ženklą, todėl gaunamas didesnis skaičius – ≈ 0,6 × N × n. Šių dviejų atvejų supainiojimas yra dažniausia klaidingos diagnozės priežastis.
Tipinės vertės
- Guolių, turinčių 8–12 riedėjimo elementų, BPFO paprastai svyruoja nuo maždaug 3× iki 5× veleno greičio – tai gerokai viršija 1×, 2×, 3× harmonikos darbinio greičio, o tai padeda jį atskirti nuo disbalansas ir nesuderinimas.
- Pavyzdys: 10 rutuliukų guolis, veikiantis 1800 RPM (30 Hz) greičiu, duoda BPFO ≈ 107 Hz, tai yra apie 3,6× veleno greitį.
2. Fizinis mechanizmas
Kodėl išorinių rasių defektai sukelia BPFO
Daugumoje įrenginių išorinis žiedas yra tvirtai pritvirtintas korpuse, o vidinis žiedas sukasi kartu su velenu, ir būtent ši asimetrija lemia dažnį:
- Defektas – atsilupimas arba įduba – yra vienoje fiksuotoje vietoje ant išorinio žiedo.
- Kai narvelis sukasi, jis perkelia riedėjimo elementus aplink bėgių takelį.
- Kiekvienas riedėjimo elementas paeiliui pravažiuoja per defekto vietą.
- Kai kamuolys atsitrenkia į įdubą, pasigirsta trumpas smūgio garsas arba „spragtelėjimas“.
- Esant N riedėjimo elementų, defektas kliudomas N kartų per vieną narvelio apsisukimą.
- Kadangi narvelis sukasi maždaug 0,4 karto greičiau nei velenas ( pagrindinis narvelio (separatoriaus) dažnis) ir jei kiekvienas rutulys atsitrenkia vieną kartą per narvo apsisukimą, bendras smūgių skaičius, lygus N × narvo dažniui, yra lygus BPFO.
Poveikio charakteristikos
- Kiekvienas smūgis yra labai trumpas – trunka vos mikrosekundes.
- Smūgiai pasikartoja su BPFO dažniu.
- Ta smūgio energija sukelia aukšto dažnio konstrukcinius rezonansus guolyje ir korpuse, o tai yra būtent tai, kas gaubtinės analizė išnaudoja.
- Dėl pasikartojančio pobūdžio susidaro aiškūs, gerai išryškinti spektriniai pikai.
3. Vibracijos charakteristika spektruose
Standartiniame FFT spektre
- Pagrindinis pikas: BPFO dažniu.
- Harmonikos: esant 2×, 3× ir 4× BPFO, kurių skaičius paprastai didėja didėjant defekto sunkumui.
- Šoninės juostos: galima ±1× šoninės juostos jei išorinis žiedas gali šiek tiek pasislinkti arba dėl apkrovos zonos pokyčių, kai rotorius sukasi.
- Amplitudė: didėja, kai defektas plinta.
Vokų spektras
Svetainė apvalkalo spektras būtent čia išorinio žiedo gedimai pasireiškia anksčiausiai. Demoduliuojant aukšto dažnio rezonansinę juostą, BPFO pikas tampa daug aiškesnis ir stipresnis nei neapdorotame FFT, aiškiai parodo harmonikas, slopina žemo dažnio vibracijų trukdžius ir gali aptikti defektą dar prieš kelis mėnesius, kol jis tampa matomas standartiniame spektre.
Tipinė amplitudės progresija
- Pradinis: 0,1–0,5 g (vokų spektre), vos aptinkama.
- Ankstyvas: 0,5–2 g, aiškus BPFO pikas su vienu arba dviem harmonikais.
- Vidutinis: 2–10 g, atsiranda daugialypės harmonikos su šoninėmis juostomis.
- Išplėstinė: >10 g, daug harmonikų ir padidėjęs triukšmo lygis.
4. Kodėl dažniausiai pasitaiko išorinio žiedo defektai
Tris veiksnius, kurie paaiškina, kodėl išorinis žiedas dažniau susidėvi anksčiau nei vidinis žiedas ar riedėjimo elementai.
Apkrovos koncentracija
- Tipiniame horizontaliame veleno guolyje apkrovos zona yra guolio apačioje.
- Todėl didžiąją apkrovos dalį prisiima išorinio žiedo apatinė dalis.
- Nuolatinis to paties ruožo apkrovimas pagreitina jo nuovargį dėl riedėjimo sąlyčio.
- Tuo tarpu vidinis žiedas sukasi ir apkrovą paskirsto po visą savo perimetrą.
Montavimo įtempiai
- Į korpusą įspaustas išorinis žiedas gali būti pažeistas montavimo metu.
- Prispaudimo jungtys žiede palieka liekamąsias įtampas.
- Netinkamas įtempimas arba nesuderinimas montavimo metu tiesiogiai pažeidžia išorinį žiedą.
Užterštumo poveikis
- Dalelės paprastai patenka į guolį per išorinį žiedą.
- Užteršimas susikaupia išorinio žiedo srityje.
- Kietos dalelės įsiskverbia į santykinai minkštesnę išorinio žiedo medžiagą ir sukelia defektų susidarymą.
5. Diagnostinė reikšmė ir stebėjimas
Didelis diagnostinis pasitikėjimas
BPFO yra vienas iš patikimiausių rodiklių vibracijos analizė. Jos dažnį galima tiksliai apskaičiuoti, be to, jis iš esmės yra unikalus kiekvienai guolio geometrijai, todėl mažai tikėtina, kad jį būtų galima supainioti su kitų mašinų dažniais; jis kinta pagal aiškią progresiją, kai defektas didėja; be to, gerai žinomas ryšys tarp amplitudės ir defekto dydžio.
Sunkumo įvertinimas
- Harmonikų skaičius: kuo daugiau harmonikų, tuo rimtesnis defektas.
- Didžiausia amplitudė: didesnė amplitudė reiškia didesnį defekto plotą.
- Šoninės juostos buvimas: Gausios šoninės juostos rodo moduliaciją, dažnai kylančią dėl apkrovos zonos kitimo.
- Triukšmo lygis: padidėjęs triukšmo fonas rodo plačiai paplitusį paviršiaus irimą, o ne vieną atskirą defektą.
BPFO ir BPFI bei 1× šoninės juostos
Tam tikram guoliui, BPFI visada yra didesnis už BPFO – santykis BPFI/BPFO paprastai siekia apie 1,6–1,8. Kai abu rodikliai pasirodo kartu, tai rodo daugybinius defektus (ir pažengusią gedimo stadiją); paprastai pirmiausia atsiranda BPFO, o BPFI išsivysto vėliau kaip antrinis pažeidimas. ±1× šoninės juostos, kartais matomos aplink BPFO smailę, atsiranda todėl, kad, nors išorinis žiedas yra nominaliai stacionarus, laisvas pritaikymas gali leisti jam šiek tiek slinkti, o apkrovos zonos svyravimai, kai rotorius sukasi, moduliuoja smūgio amplitudę.
Praktinė stebėsenos strategija
Veiksminga praktika – kas mėnesį arba kas ketvirtį atlikti vokų analizę kiekvienoje guolio vietoje, automatiškai nustatant BPFO smailes ir sekant jų tendencijas, o signalizaciją nustatant maždaug ties 2–3× nusistovėjusios pradinė vertė amplitudės lygiu, o pagal istorines tendencijas prognozuoti laiką iki gedimo. Aptikus BPFO piką, jį reikia patvirtinti: patikrinti, ar dažnis atitinka apskaičiuotą vertę maždaug ±5 % ribose, patikrinti 2× ir 3× harmonikas, ieškoti būdingo šoninių juostų rašto, palyginti su ta pačia guolio padėtimi analogiškose mašinose (signatūra turėtų būti būdinga tik sugedusiam įrenginiui) ir sutrumpinti stebėjimo intervalą iki savaitinio ar kasdienio.
Kadangi BPFO priklauso nuo tikslaus veleno sukimosi greičio, tikslus bėgimo greitis matavimas yra būtinas — vos keli procentai greičio paklaidos pakeičia kiekvieną apskaičiuotą guolio dažnį. Nešiojamas dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A, naudojamas kartu su jo optiniu lazerinis tachometras norint gauti tikslius sūkių per minutę (RPM) duomenis, leidžia lauko technikui užfiksuoti spektrą, susieti guolio dažnius su tikruoju veleno greičiu ir vietoje patvirtinti įtariamą išorinio žiedo defektą, prieš imantis guolio keitimo.
BPFO nustatymas ir tendencijų analizė yra viena sėkmingiausių vibracijos analizės taikymo sričių nuspėjamoji priežiūra, taip užkertant kelią guolių gedimams ir sudarant sąlygas keitimui atsižvelgiant į būklę, o tai leidžia optimizuoti tiek įrangos patikimumą, tiek techninės priežiūros išlaidas.
