Diagnosticarea defectelor rulmenților
Defecte ale rulmentului sunt defecte microscopice sau macroscopice — fisuri, exfolieri sau ciupituri — pe suprafețele de lucru ale unui rulment cu corpuri de rostogolire. Deoarece rulmenții cu corpuri de rostogolire sunt fundamentali pentru majoritatea utilajelor rotative și un punct frecvent de defectare, detectarea timpurie a acestor defecte este una dintre cele mai valoroase sarcini din analiza vibrațiilor. Un defect produce un impact repetitiv, periodic, de fiecare dată când un corp de rostogolire trece peste el, iar această periodicitate este exact ceea ce face defectul vizibil în spectru cu mult înainte ca rulmentul să se supraîncălzească sau să devină audibil.
1. Natura defectelor rulmenților
Un rulment tipic cu corpuri de rostogolire este alcătuit din patru părți: o cale de rulare exterioară, o cale de rulare interioară, un set de bile sau role și o colivie care menține elementele distanțate uniform. Un defect este o imperfecțiune pe oricare dintre aceste suprafețe. Pe măsură ce un corp de rostogolire trece peste el, contactul generează un impact mic, ascuțit, de înaltă frecvență — un “clic.” Un singur clic transportă foarte puțină energie, dar impacturile se repetă la fiecare trecere, generând un semnal puternic periodic. Analiza vibrațiilor este excepțional de bună la identificarea acestui tip de impacturi repetitive, motiv pentru care un rulment în deteriorare poate fi depistat cu luni înainte, nu în momentul gripării.
2. Cele patru frecvențe fundamentale ale defectelor
Piatra de temelie a diagnosticării rulmenților este că, pentru o anumită geometrie a rulmentului și o anumită turație a arborelui, impacturile apar la rate foarte specifice și previzibile. Aceste frecvențele defectelor rulmenților are:
- BPFO (Frecvența de trecere a bilelor, inel exterior): rata la care corpurile de rostogolire trec printr-un singur punct de pe calea de rulare exterioară staționară. Este cea mai frecvent observată frecvență de defect al rulmentului.
- BPFI (Frecvența de trecere a bilelor, inel interior): rata la care elementele trec printr-un punct de pe calea de rulare interioară. Deoarece calea de rulare interioară se rotește împreună cu arborele, BPFI este mai mare decât BPFO.
- BSF (Frecvența de rotație a bilei): frecvența la care un corp de rostogolire se rotește în jurul propriei axe. Un defect BSF prezintă adesea energie la dublul acestei rate, deoarece defectul lovește ambele căi de rulare la fiecare rotație a elementului.
- FTF (Frecvența fundamentală a coliviei): frecvența de rotație a coliviei, sau “train.” Este o frecvență foarte joasă, de regulă sub 0,5X față de viteză de funcționare.
Aceste frecvențe depind de geometria rulmentului — diametrul de divizare, diametrul corpurilor de rostogolire, unghiul de contact și numărul de corpuri — împreună cu turația arborelui. Software-ul de vibrații include de obicei o bază de date amplă de rulmenți și le calculează automat, iar acestea pot fi determinate direct cu un calculator frecvență defecte rulmenți atunci când numărul de identificare sau dimensiunile rulmentului sunt cunoscute.
3. Cum apar defectele rulmenților în spectru
Un defect în dezvoltare lasă un tipar caracteristic în Spectrul FFT:
- Vârfuri de înaltă frecvență: frecvența defectului propriu-zisă (de exemplu BPFO) apare ca un vârf situat sus în gama de frecvențe, departe de vârfurile de rotație de ordin redus.
- Armonice: natura abruptă, de impuls, a impacturilor generează de obicei mai multe armonici — multipli exacți — ai frecvenței defectului, iar un șir lung dintre acestea indică un defect bine dezvoltat.
- Benzi laterale: acesta este marcatorul de diagnostic critic. Vârful frecvenței de defect este de regulă flancat de benzi laterale dispuse la 1X față de turația de funcționare. Un vârf BPFO cu benzi laterale la 1X este o semnătură clasică a inelului exterior, în timp ce un defect al inelului interior (BPFI) prezintă aproape întotdeauna benzi laterale la 1X, deoarece defectul rotativ intră și iese din zona de încărcare a rulmentului o dată pe rotație, modulând intensitatea impactului.
În fazele cele mai timpurii aceste vârfuri sunt mici și ușor de mascat în nivelul de zgomot al spectrului, motiv pentru care se aplică în mod normal o tehnică de detectare specializată.
4. Analiza anvelopei pentru detectarea timpurie
Analiza anvelopei, numită și demodulare, este cea mai puternică metodă pentru depistarea defectelor de rulment în fază incipientă. Este o tehnică de prelucrare a semnalului care filtrează prin trecere-bandă vibrația de joasă frecvență și energie ridicată provenită din surse precum dezechilibru și nealiniere, apoi se concentrează exclusiv pe impacturile de înaltă frecvență și energie redusă produse de defect. Impacturile repetitive fac structura să vibreze la frecvențele sale naturale, iar prelucrarea anvelopei extrage frecvența de repetiție a acestei vibrații.
Rezultatul spectrul anvelopei este remarcabil de “curat”, afișând clar frecvențele defectelor rulmentului și armonicele acestora pe un fundal redus. Acest lucru permite detectarea cu luni — uneori ani — înainte ca rulmentul să se defecteze, oferind intervalul de timp care face posibilă înlocuirea planificată în locul unei avarii de urgență.
5. Confirmarea diagnosticului pe teren
Un diagnostic fiabil al rulmentului se bazează pe corelarea vârfurilor măsurate cu frecvențele de defect calculate și pe confirmarea tiparului de benzi laterale așteptat, susținut ideal de un spectru de anvelopă și de o tendință clară de creștere de-a lungul măsurătorilor succesive. Un instrument portabil cu două canale, precum Balanset-1A permite unui inginer să capteze spectrul pe mașină, în propriile rulmenți, la turația de funcționare, astfel încât un defect suspectat al rulmentului să poată fi verificat la fața locului față de frecvențele sale prezise. Merită, de asemenea, excluse și defectele similare ca aspect: cele structurale joc axial și defectele elementelor de rostogolire pot ridica ambele energia de bandă largă, însă numai un defect real al rulmentului se aliniază cu familiile BPFO, BPFI, BSF sau FTF.
