Pavarų defektų diagnostika naudojant vibracijos analizę
Gear defects yra nusidėvėjimo ir pažeidimų rūšys – dantų nusidėvėjimas, įtrūkimai, ekscentriškumas, nesutapimas – kurios atsiranda pramoninėse mašinose galios perdavimui naudojamuose krumpliaračių komplektuose. Krumplių dantų sąveika iš esmės yra triukšmingas ir vibracijų kupinas procesas, todėl geros būklės krumpliai sukuria labai aiškų ir stabilų vibracijos profilį; bet koks nukrypimas nuo šio profilio yra aiškus gedimo požymis. Kadangi vibracijos analizė gali aptikti šiuos nukrypimus labai ankstyvoje stadijoje, todėl nustato pavarų gedimus gerokai anksčiau, nei jie perauga į katastrofišką pavarų dėžės gedimą.
1. Pavarų vibracijos charakteristikos
Kiekvienas krumplių komplektas turi savitą „pirštų atspaudą“ dažnių srityje, kurį labiausiai lemia dantų sąveikos dažnis ir kurį papildo su kiekvieno veleno sukimusi susijusi veikla. Todėl sveikos pavarų dėžės bazinis matavimas yra vienas vertingiausių atskaitos taškų, kuriuos gali turėti patikimumo užtikrinimo programa: gedimai diagnozuojami ne pagal absoliučius skaičius, o pagal tai, kaip šiandienos spektras ir laiko bangos forma skiriasi nuo žinomo tinkamo parašo. Pavarų diagnostika iš esmės yra gebėjimas teisingai įvertinti tą skirtumą, todėl pavaros užima tokį svarbų vaidmenį kasdieninėje būklės stebėjimas.
2. Krumpliaračių sujungimo dažnis (GMF)
Svarbiausias dažnis analizuojant pavarų dėžę yra Krumpliaračių susikabinimo dažnis (GMF) — greitis, kuriuo dviejų sukibusių krumplių dantys sąveikauja tarpusavyje.
GMF = dantų skaičius ant krumpliaračio × tos krumpliaračio sukimosi greitis
Sveikoje pavarų dėžėje FFT spektras rodo aiškų piką GMF srityje, paprastai su keliais nedideliais harmonikos (2×GMF, 3×GMF). GMF piko amplitudė atspindi krūvį, veikiantį krumpliaračius, todėl aukštas GMF pikas savaime nebūtinai reiškia gedimą – tai gali tiesiog reikšti, kad pavarų dėžė dirba intensyviai. Tikroji diagnostinė informacija glūdi dažniuose around GMF piko taškas, o ne pats piko taškas. Kadangi GMF priklauso tiek nuo dantų skaičiaus, tiek nuo greičio, jį lengva neteisingai nustatyti rankiniu būdu; a Krumpliaračių sujungimo dažnio skaičiuoklė per kelias sekundes apskaičiuoja GMF ir jo šonines juostas, atsižvelgiant į nurodytą pavarų komplektą.
3. Šoninių juostų naudojimas gedimams nustatyti
Šoninės juostos yra galingiausia priemonė konkrečioms pavarų dėžės problemoms diagnozuoti. Tai – nedideli smailės, atsirandančios abipus GMF ir jo harmonikų, susidarančios, kai gedimas moduluoja krumplių sąveiką. Svarbiausias požymis yra jų spacing: atotrūkis tarp šoninės juostos ir GMF piko atitinka veleno, kuriame yra sugedęs krumpliaratis, sukimosi greitį, o tai iš karto leidžia nustatyti kuris veleną, kurį reikia patikrinti.
- Susidėvėjęs arba ekscentrinis krumpliaratis: a worn, eccentric arba sugedęs mechanizmas moduliuoja GMF pagal savo sukimosi greitį, sukurdamas šonines juostas, kurių tarpas yra bėgimo greitis (1×) to krumpliaračio veleno. Jei šoninės juostos atitinka įėjimo veleno greitį, gedimas yra įėjimo krumpliaračio.
- Bendras dantų nusidėvėjimas: gear wear paprastai padidina GMF ir jos harmonikų amplitudę, o kartu atsiranda 1× šoninės juostos iš atitinkamo dažnio juostos.
- Įtrūkęs arba lūžęs dantis: Vienas įtrūkęs ar sulūžęs dantis sukuria stiprų impulsą, atitinkantį to krumpliaračio 1× sukimosi greitį, dažnai su daugybe harmonikų, taip pat šonines juostas aplink pagrindinį dažnį (GMF), išsidėsčiusias su to krumpliaračio greičio žingsniu. Šiuo atveju ypač vertinga laiko bangos forma – ji rodo aiškų, periodišką smūgį kiekvieną kartą, kai pažeistas dantis bando įsikabinti.
- Pavarų nesutapimas: nesutapimas Dantų sąveika dažnai sukelia aukštą 2×GMF harmoniką, kartais viršijančią pagrindinį GMF piką, kurią vėl lydi su veikimo greičiu susijusios šoninės juostos.
Verta žinoti ir susijusį reiškinį – tai medžioklinių dantų dažnis, labai mažas greitis, kuriuo tam tikra dantų pora vėl susikabina; gedimai, kai kiekvienoje pavaroje yra po vieną sugedusį dantį, gali sukelti šį reiškinį.
4. Specializuoti analizės metodai
Kadangi krumplių vibracija yra labai sudėtinga, standartinė spektro analizė dažnai papildoma metodais, kurie išskiria krumplių signalą:
- Laiko-signalo formos analizė: būtina norint nustatyti, ar dantys yra sulūžę ar įtrūkę – tai pasireiškia aštriais, pasikartojančiais smūgiais, kurie sinchronizuojasi su pavaros sukimosi greičiu, o ne su dantų sąveika.
- Cepstrum analizė: transformacija, kuri sutraukia ištisas vienodais tarpais išdėstytų šoninių juostų grupes į atskiras, lengvai įskaitomas sudedamąsias dalis, taip išryškindama šoninių juostų struktūrą, kai jos pasislėpę tankiai užpildytoje FFT diagrama.
- Gaubtinės analizė: demoduliuoja aukšto dažnio nešlio signalą, kad nustatytų lokalizuoto danties defekto žemo dažnio smūgių dažnį, taip papildydama šoninės juostos vaizdą.
5. Pavarų gedimo etapai
Atliekant vibracijos analizę galima stebėti krumplių gedimo vystymąsi per keturias atpažįstamas stadijas, o tai suteikia techninės priežiūros komandoms pakankamai laiko suplanuoti intervenciją:
- 1 etapas (ankstyvasis): aplink GMF atsiranda nedideli šoniniai juostiniai svyravimai. Bendras vibracijos lygis gali visai nepasikeisti.
- 2 etapas (vidutinio sunkumo): šoninių juostų amplitudės didėja, o GMF harmonikos pradeda atsirasti su savomis šoninėmis juostomis.
- 3 etapas (sunki forma): GMF ir jo harmonikos neša daug plačių šoninių juostų, problemų keliančio įrenginio 1× dažnis pradeda didėti, o spektro triukšmo lygis pakyla.
- 4 etapas (katastrofiškas): GMF signalas gali išnykti ir būti pakeistas triukšmingu, atsitiktiniu vibracijos signalu, jei dantys yra smarkiai pažeisti arba visiškai sunaikinti.
6. Praktinis pritaikymas praktikoje
Pavarų diagnostika prasideda nuo tikslių matavimų eksploatacijos sąlygomis – esant darbinio greičio ir apkrovos sąlygoms. Nešiojamas dviejų kanalų matavimo prietaisas, pavyzdžiui, Balanset-1A užfiksuoja FFT spektrą ir neapdorotą laiko signalą kiekvienoje padėtyje, leidžiant inžinieriui nustatyti bendrąjį magnetinį lauką (GMF), nustatyti šoninių juostų tarpus ir taip tiksliai nustatyti gedimą konkrečiame veleno ruože, taip pat stebėti signalo formą, ieškodamas charakteristinio periodinio smūgio, kurį sukelia sulūžęs dantis – visa tai atliekant neatidarant reduktoriaus. Jei reduktorius taip pat suka arba palaiko rotorių, tas pats prietaisas patikrina, ar liekamasis guolis o su disbalansu susijusios vibracijos neviršija tokių standartų kaip ISO 20816 nustatytų ribų, todėl patvirtintas pavarų gedimas nėra užgožiamas su juo nesusijusių šaltinių. Laiku nustatytas 1-ojo arba 2-ojo etapo pavarų gedimas tampa planiniu remontu, o ne neplanuotu gedimu.
