Diagnosticarea defectelor angrenajelor cu analiza vibrațiilor
Gear defects sunt moduri de uzură și deteriorare — uzura dinților, fisuri, excentricitate, dezaliniere — care apar în angrenajele utilizate pentru transmiterea puterii în întreaga gamă de utilaje industriale. Angrenarea dinților este un proces zgomotos și vibrant prin natura sa, astfel încât angrenajele în stare bună produc o semnătură vibratorie foarte clară și stabilă; orice abatere de la această semnătură este un indiciu puternic al unei probleme. Deoarece analiza vibrațiilor poate detecta aceste abateri într-un stadiu foarte timpuriu, surprinde defectele angrenajelor cu mult înainte ca acestea să degenereze într-o defectare catastrofală a reductorului.
1. Semnătura vibrațională a angrenajelor
Fiecare angrenaj are o amprentă caracteristică în domeniul frecvenței, dominată de rata de angrenare a dinților și înconjurată de activitate legată de rotația fiecărui arbore. O măsurătoare de referință a unui reductor în stare bună este, prin urmare, una dintre cele mai valoroase referințe pe care le poate deține un program de fiabilitate: defectele sunt diagnosticate nu printr-o valoare absolută, ci prin modul în care spectrul de astăzi și formă de undă temporală diferă de acea semnătură cunoscută ca fiind bună. Disciplina diagnosticării angrenajelor este, în mare măsură, disciplina de a citi corect acea diferență, motiv pentru care angrenajele ocupă un loc atât de important în monitorizarea stării.
2. Frecvența angrenajului angrenajului (GMF)
Cea mai importantă frecvență în analiza cutiei de viteze este Frecvența de angrenare (GMF) — rata cu care dinții a două angrenaje aflate în contact se angrenează unii cu alții.
GMF = Numărul de dinți ai unei roți dințate × Viteza de rotație a roții dințate respective
Într-un reductor în stare bună, Spectrul FFT prezintă un vârf clar la GMF, de obicei cu câteva mici armonice (2×GMF, 3×GMF). Amplitudinea vârfului GMF reflectă sarcina aplicată angrenajelor, astfel încât un vârf GMF înalt în sine nu reprezintă neapărat un defect — poate însemna pur și simplu că reductorul funcționează intens. Informația de diagnostic reală se află în frecvențele around vârful GMF, nu în vârful propriu-zis. Deoarece GMF depinde atât de numărul de dinți, cât și de turație, este ușor de identificat greșit manual; un Calculator de frecvență de angrenare determină GMF și benzile sale laterale pentru un angrenaj dat în câteva secunde.
3. Utilizarea benzilor laterale pentru diagnosticarea defectelor
Benzi laterale sunt cel mai puternic instrument unic pentru diagnosticarea problemelor specifice ale angrenajelor. Acestea sunt vârfuri mici care apar de o parte și de alta a GMF și a armonicelor sale, produse atunci când un defect modulează procesul de angrenare. Indiciul esențial îl reprezintă spațiere: distanța dintre o bandă laterală și vârful GMF este egală cu turația arborelui pe care se află angrenajul defect, ceea ce vă indică imediat care arborelui de inspectat.
- Angrenaj uzat sau excentric: a worn, eccentric sau angrenajul defect modulează GMF la propria turație, creând benzi laterale distanțate la viteza de rulare (1×) a arborelui acelui angrenaj. Dacă benzile laterale corespund turației arborelui de intrare, defectul se află pe angrenajul de intrare.
- Uzura generală a dinților: uzura angrenajului crește de regulă amplitudinea GMF și a armonicelor sale, însoțită de benzi laterale 1× provenind de la angrenajul corespunzător.
- Dinte fisurat sau rupt: un singur dinte fisurat sau rupt generează un vârf puternic la turația 1× a acelui angrenaj, adesea cu numeroase armonice, plus benzi laterale în jurul GMF distanțate la turația acelui angrenaj. Forma de undă în timp este deosebit de valoroasă aici — aceasta arată un impact distinct, periodic, de fiecare dată când dintele deteriorat încearcă să se angreneze.
- Dezalinierarea angrenajelor: nealiniere a angrenajelor produce adesea o armonică 2×GMF ridicată, uneori mai înaltă decât vârful GMF principal, însoțită din nou de benzi laterale la turația de funcționare.
Un efect conex care merită cunoscut este frecvența dinte-de-vânătoare, rata foarte scăzută la care o anumită pereche de dinți se reangrenează; defectele care implică un dinte defect pe fiecare angrenaj o pot excita.
4. Tehnici specializate de analiză
Deoarece vibrația angrenajelor este atât de bogată, analiza spectrală standard este adesea completată cu tehnici care izolează semnalul angrenajului:
- Analiza formei de undă în timp: esențială pentru confirmarea dinților rupți sau fisurați, care apar sub formă de impacturi ascuțite, repetate, sincronizate cu rotația angrenajului, mai degrabă decât cu angrenarea.
- Analiza cepstrului: o transformată care condensează familii întregi de benzi laterale uniform distanțate în componente unice, ușor de citit, făcând vizibile tiparele benzilor laterale atunci când sunt îngropate într-un FFT aglomerat.
- Analiza anvelopei: demodulează purtătoarea de înaltă frecvență pentru a expune rata de impact de joasă frecvență a unui defect localizat al unui dinte, completând imaginea benzilor laterale.
5. Etapele defectului angrenajului
Analiza vibrațiilor poate urmări evoluția unui defect al angrenajului prin patru etape recognoscibile, oferind echipelor de mentenanță timpul necesar pentru a planifica o intervenție:
- Etapa 1 (incipientă): apar benzi laterale mici în jurul GMF. Nivelul general al vibrațiilor poate să nu se modifice deloc.
- Etapa 2 (moderată): amplitudinile benzilor laterale cresc, iar armonicele GMF încep să apară cu propriile benzi laterale.
- Etapa 3 (gravă): GMF și armonicele sale prezintă numeroase benzi laterale mari, frecvența de 1× a angrenajului defect începe să crească, iar nivelul de zgomot al spectrului se ridică.
- Etapa 4 (catastrofală): GMF poate dispărea, fiind înlocuită de o semnătură de vibrație zgomotoasă și aleatorie, pe măsură ce dinții sunt grav deteriorați sau distruși.
6. Punerea în practică pe teren
Diagnosticarea angrenajelor începe cu o măsurătoare curată pe teren, la turația și sarcina de funcționare. Un instrument portabil cu două canale, precum Balanset-1A captează spectrul FFT și forma de undă brută în timp la fiecare lagăr, permițând inginerului să localizeze GMF, să citească distanța dintre benzile laterale pentru a localiza defectul la un anumit arbore și să urmărească forma de undă pentru a detecta impactul periodic caracteristic al unui dinte rupt — totul fără a deschide reductorul. Acolo unde un reductor antrenează sau susține și un rotor, același instrument verifică dacă dezechilibrul rezidual rulment și vibrațiile cauzate de dezechilibru rămân în limitele standardelor precum ISO 20816, astfel încât un defect confirmat al angrenajului să nu fie mascat de surse fără legătură. Surprins în Etapa 1 sau 2, un defect al angrenajului devine o reparație programată, nu o avarie neplanificată.
