Analiza vibrațiilor cu Balanset-1A: Ghid pentru începători în diagnosticarea spectrului

Introducere: De la echilibrare la diagnosticare — Deblocarea întregului potențial al analizorului dumneavoastră de vibrații

Dispozitivul Balanset-1A este cunoscut în primul rând ca un instrument eficient pentru echilibrarea dinamică. Cu toate acestea, capacitățile sale se extind mult dincolo de acestea, ceea ce îl face un analizor de vibrații puternic și accesibil. Echipat cu senzori sensibili și software pentru analiza spectrală cu Transformată Fourier Rapidă (FFT), Balanset-1A este un instrument excelent pentru analiza completă a vibrațiilor. Acest ghid elimină golul lăsat de manualul oficial, explicând ce dezvăluie datele privind vibrațiile despre starea mașinii.

Acest ghid este structurat secvențial pentru a vă ghida de la elementele de bază la aplicațiile practice:

• Secțiunea 1 va pune bazele teoretice, explicând simplu și clar ce este vibrația, cum funcționează analiza spectrală (FFT) și ce parametri spectrali sunt cheie pentru un diagnostician.
• Secțiunea 2 va oferi instrucțiuni pas cu pas pentru obținerea unor spectre de vibrații de înaltă calitate și fiabile utilizând dispozitivul Balanset-1A în diverse moduri, concentrându-se pe nuanțele practice care nu sunt descrise în instrucțiunile standard.
• Secțiunea 3 este nucleul articolului. Aici, „amprentele” - semne spectrale caracteristice ale celor mai frecvente defecte: dezechilibru, nealiniere, slăbire mecanică și defecte ale rulmenților - vor fi analizate în detaliu.
• Secțiunea 4 va integra cunoștințele dobândite într-un sistem unificat, oferind recomandări practice pentru implementarea monitorizării și un algoritm simplu de luare a deciziilor.

Prin stăpânirea materialului din acest articol, veți putea utiliza Balanset-1A nu doar ca dispozitiv de echilibrare, ci și ca un complex complet de diagnosticare la nivel de bază, permițându-vă să identificați problemele din timp, să preveniți accidentele costisitoare și să creșteți semnificativ fiabilitatea echipamentelor dumneavoastră de operare.

Secțiunea 1: Fundamentele analizei vibrațiilor și spectrale (FFT)

1.1. Ce este vibrația și de ce este importantă?

Orice echipament rotativ, fie că este vorba de o pompă, un ventilator sau un motor electric, creează vibrații în timpul funcționării. Vibrația este oscilația mecanică a unei mașini sau a componentelor sale individuale în raport cu poziția lor de echilibru. Într-o stare ideală, complet funcțională, o mașină generează un nivel scăzut și stabil de vibrații - acesta este „zgomotul de funcționare” normal. Cu toate acestea, pe măsură ce apar și se dezvoltă defecte, acest fond de vibrații începe să se schimbe.

Vibrația este răspunsul structurii mecanismului la forțele ciclice de excitație. Sursele acestor forțe pot fi foarte diverse:

• Forța centrifugă datorată dezechilibrului rotorului: Apare din distribuția inegală a masei față de axa de rotație. Acesta este așa-numitul „punct greu”, care, în timpul rotației, creează o forță transmisă lagărelor și carcasei mașinii.
• Forțe asociate cu inexactități geometrice: Nealinierea arborilor cuplați, îndoirea arborelui, erori în profilurile dinților angrenajului cutiei de viteze — toate acestea creează forțe ciclice care provoacă vibrații.
• Forțe aerodinamice și hidrodinamice: Apar în timpul rotației rotoarelor din ventilatoare, extractoare de fum, pompe și turbine.
• Forțe electromagnetice: Caracteristic motoarelor și generatoarelor electrice și poate fi cauzat, de exemplu, de asimetria înfășurărilor sau de prezența spirelor scurtcircuitate.

Fiecare dintre aceste surse creează vibrații cu caracteristici unice. Acesta este motivul pentru care analiza vibrațiilor este un instrument de diagnostic atât de puternic. Prin măsurarea și analiza vibrațiilor, putem nu numai să spunem că „mașina vibrează puternic”, ci și, cu un grad ridicat de probabilitate, să determinăm cauza principală. Această capacitate avansată de diagnostic este esențială pentru orice program modern de mentenanță.

1.2. De la semnalul temporal la spectru: o explicație simplă a FFT

Un senzor de vibrații (accelerometru), instalat pe carcasa rulmentului, transformă oscilațiile mecanice într-un semnal electric. Dacă acest semnal este afișat pe un ecran în funcție de timp, obținem un semnal temporal sau o formă de undă. Acest grafic arată cum se modifică amplitudinea vibrațiilor în fiecare moment.

Într-un caz simplu, cum ar fi un dezechilibru pur, semnalul temporal va arăta ca o sinusoidă netedă. Cu toate acestea, în realitate, o mașină este aproape întotdeauna acționată simultan de mai multe forțe excitatoare. Drept urmare, semnalul temporal este o curbă complexă, aparent haotică, din care este practic imposibil să se extragă informații de diagnostic utile.

Aici intervine un instrument matematic - Transformata Fourier rapidă (FFT). Aceasta poate fi imaginată ca o prismă magică pentru semnalele de vibrații.

Imaginați-vă că un semnal temporal complex este un fascicul de lumină albă. Ni se pare unificat și imposibil de distins. Dar când acest fascicul trece printr-o prismă de sticlă, se descompune în culorile sale constitutive - roșu, portocaliu, galben și așa mai departe, formând un curcubeu. FFT face același lucru cu un semnal de vibrație: preia o curbă complexă din domeniul timpului și o descompune în componente sinusoidale simple, fiecare având propria frecvență și amplitudine.

Rezultatul acestei transformări este afișat pe un grafic numit spectru de vibrații. Spectrul este principalul instrument de lucru pentru oricine efectuează analiza vibrațiilor. Acesta vă permite să vedeți ce este ascuns în semnalul temporal: ce vibrații „pure” alcătuiesc zgomotul general al mașinii.

1.3. Parametrii cheie ai spectrului de înțeles

Spectrul de vibrații pe care îl veți vedea pe ecranul Balanset-1A în modurile „Vibrometru” sau „Diagrame” are două axe, înțelegerea cărora este absolut necesară pentru diagnosticare.

Axa orizontală (X): Frecvență

Această axă arată cât de des apar oscilațiile și se măsoară în Hertz (Hz). 1 Hz reprezintă o oscilație completă pe secundă. Frecvența este direct legată de sursa vibrației. Diverse componente mecanice și electrice ale unei mașini generează vibrații la frecvențele lor caracteristice, previzibile. Cunoscând frecvența la care se observă un vârf de vibrație ridicat, putem identifica vinovatul - o unitate sau un defect specific.

Frecvență de rotație (1x): Aceasta este cea mai importantă frecvență în toate diagnosticele de vibrații. Corespunde vitezei de rotație a arborelui mașinii. De exemplu, dacă un arbore de motor se rotește cu 3000 de rotații pe minut (rpm), frecvența sa de rotație va fi: f = 3000 rpm / 60 s/min = 50 Hz. Această frecvență este notată cu 1x. Ea servește ca punct de referință pentru identificarea multor alte defecte.

Axă verticală (Y): Amplitudine

Această axă arată intensitatea sau puterea vibrației la fiecare frecvență specifică. În dispozitivul Balanset-1A, amplitudinea este măsurată în milimetri pe secundă (mm/s), ceea ce corespunde valorii medii pătratice (RMS) a vitezei vibrației. Cu cât vârful este mai mare în spectru, cu atât mai multă energie de vibrație este concentrată la acea frecvență și, de regulă, cu atât defectul asociat este mai grav.

Armonice

Armonicile sunt frecvențe care sunt multipli întregi ai frecvenței fundamentale. Cel mai adesea, frecvența fundamentală este frecvența de rotație 1x. Astfel, armonicele sale vor fi: 2x (armonica a doua) = 2×1x, 3x (armonica a treia) = 3×1x, 4x (armonica a patra) = 4×1x și așa mai departe. Prezența și înălțimea relativă a armonicelor transmit informații cruciale de diagnostic. De exemplu, dezechilibrul pur se manifestă în principal la 1x cu armonice foarte scăzute. Cu toate acestea, slăbirea mecanică sau nealinierea arborelui generează o întreagă „pădure” de armonice ridicate (2x, 3x, 4x,...). Prin analizarea raportului de amplitudini dintre 1x și armonicele sale, se pot distinge diferite tipuri de defecte.

Secțiunea 2: Obținerea unui spectru de vibrații folosind Balanset-1A

Calitatea diagnosticării depinde direct de calitatea datelor inițiale. Măsurătorile incorecte pot duce la concluzii eronate, reparații inutile sau, dimpotrivă, la omiterea unui defect în curs de dezvoltare. Această secțiune oferă un ghid practic pentru colectarea de date precise și repetabile folosind dispozitivul dumneavoastră.

2.1. Pregătirea pentru măsurători: cheia unor date precise

Înainte de conectarea cablurilor și lansarea programului, trebuie acordată o atenție deosebită instalării corecte a senzorilor. Aceasta este cea mai importantă etapă, determinând fiabilitatea tuturor analizelor ulterioare.

Metodă de montare: Balanset-1A este livrat cu baze magnetice pentru senzori. Aceasta este o metodă de montare convenabilă și rapidă, dar pentru eficiența sa, trebuie respectate câteva reguli. Suprafața de la punctul de măsurare trebuie să fie:

• Curat: Îndepărtați murdăria, rugina și vopseaua exfoliată.
• Plat: Senzorul trebuie să fie aliniat cu întreaga suprafață a magnetului. Nu îl instalați pe suprafețe rotunjite sau pe capete de șuruburi.
• Masiv: Punctul de măsurare trebuie să facă parte din structura portantă a mașinii (de exemplu, carcasa rulmentului), nu un capac protector subțire sau o aripioară de răcire.

Pentru monitorizarea staționară sau pentru a obține o precizie maximă la frecvențe înalte, se recomandă utilizarea unei conexiuni filetate (știft) dacă designul mașinii permite.

Locaţie: Forțele care apar în timpul funcționării rotorului sunt transmise carcasei mașinii prin intermediul rulmenților. Prin urmare, cel mai bun loc pentru instalarea senzorilor sunt carcasele rulmenților. Încercați să plasați senzorul cât mai aproape de rulment pentru a măsura vibrațiile cu distorsiuni minime.

Direcția de măsurare: Vibrația este un proces tridimensional. Pentru o imagine completă a stării mașinii, măsurătorile trebuie efectuate în trei direcții:

• Radial orizontal (H): Perpendicular pe axa arborelui, în plan orizontal.
• Verticală radială (V): Perpendicular pe axa arborelui, în plan vertical.
• Axial (A): Paralel cu axa arborelui.

De regulă, rigiditatea structurii pe direcție orizontală este mai mică decât pe verticală, astfel încât amplitudinea vibrațiilor pe direcție orizontală este adesea cea mai mare. Acesta este motivul pentru care direcția orizontală este adesea aleasă pentru evaluarea inițială. Cu toate acestea, vibrațiile axiale conțin informații unice, extrem de importante pentru diagnosticarea defectelor precum nealinierea arborelui.

Balanset-1A este un dispozitiv cu două canale, care este considerat în manual în principal din perspectiva echilibrării pe două planuri. Cu toate acestea, pentru diagnosticare, acest lucru deschide posibilități mult mai largi. În loc să măsoare vibrațiile pe doi rulmenți diferiți, ambii senzori pot fi conectați la aceeași unitate de rulment, dar în direcții diferite. De exemplu, canalul 1 al senzorului poate fi instalat radial (orizontal), iar canalul 2 al senzorului axial. Achiziționarea simultană a spectrelor în două direcții permite compararea instantanee a vibrațiilor axiale și radiale, ceea ce reprezintă o tehnică standard în diagnosticarea profesională pentru detectarea fiabilă a nealinierii. Această metodă extinde semnificativ capacitățile de diagnosticare ale dispozitivului, depășind ceea ce este descris în manual.

2.2. Pas cu pas: Utilizarea modului „Vibrometru” (F5) pentru evaluare rapidă

Acest mod este conceput pentru controlul operațional al principalilor parametri de vibrații și este ideal pentru evaluarea rapidă a stării mașinii „la fața locului”. Procedura de obținere a unui spectru în acest mod este următoarea:

1. Conectarea senzorilor: Instalați senzorii de vibrații în punctele selectate și conectați-i la intrările X1 și X2 ale unității de măsurare. Conectați tahometrul laser la intrarea X3 și atașați un marker reflectorizant la ax.
2. Porniți programul: În fereastra principală a programului Balanset-1A, faceți clic pe butonul „F5 - Vibration Meter”.
3. Fereastra de lucru se va deschide (Fig. 7.4 din manual). Partea superioară va afișa valori digitale: vibrația generală (V1s), vibrația la frecvența de rotație (V1o), faza (F1) și viteza de rotație (N rev).
4. Începeți măsurarea: Faceți clic pe butonul „F9 - Executare”. Programul va începe colectarea și afișarea datelor în timp real.
5. Analizați spectrul: În partea de jos a ferestrei se află graficul „Spectru de vibrații - canalul 1 și 2 (mm/s)”. Acesta este spectrul de vibrații. Axa orizontală arată frecvența în Hz, iar axa verticală arată amplitudinea în mm/s.

Acest mod permite prima și cea mai importantă verificare diagnostică, recomandată chiar și în manualul de echilibrare. Comparați valorile V1s (vibrația generală) și V1o (vibrația la frecvența de rotație 1x).

• Dacă V1s≈V1o, înseamnă că cea mai mare parte a energiei vibraționale este concentrată la frecvența de rotație. Principala cauză a vibrațiilor este, cel mai probabil, dezechilibrul.
• Dacă V1s≫V1o, indică faptul că o parte semnificativă a vibrațiilor este cauzată de alte surse (nealiniere, slăbire, defecte ale rulmenților etc.). În acest caz, o simplă echilibrare nu va rezolva problema și este necesară o analiză mai aprofundată a spectrului.

2.3. Pas cu pas: Utilizarea modului „Diagrame” (F8) pentru o analiză detaliată

Pentru diagnostice serioase care necesită o examinare mai detaliată a spectrului, modul „Diagrame” este semnificativ mai bun. Acesta oferă un grafic mai mare și mai informativ, care facilitează identificarea vârfurilor și analiza structurii acestora. Procedura de obținere a unui spectru în acest mod:

1. Conectați senzorii în același mod ca și în modul „Vibrometru”.
2. Mod de pornire: În fereastra principală a programului, faceți clic pe butonul „F8 - Diagrame”.
3. Selectați tipul de diagramă: În fereastra deschisă (Fig. 7.19 din manual), va exista un rând de butoane în partea de sus. Faceți clic pe „F5-Spectru (Hz)”.
4. Se va deschide fereastra de analiză a spectrului (Fig. 7.23 din manual). Partea superioară va afișa semnalul temporal, iar partea inferioară, principală, va afișa spectrul de vibrații.
5. Începeți măsurarea: Faceți clic pe butonul „F9-Run”. Dispozitivul va efectua o măsurare și va crea grafice detaliate.

Spectrul obținut în acest mod este mult mai convenabil pentru analiză. Puteți vedea mai clar vârfurile la diferite frecvențe, puteți evalua înălțimea lor și puteți identifica seriile armonice. Acest mod este recomandat pentru diagnosticarea defectelor descrise în secțiunea următoare.

Secțiunea 3: Diagnosticarea defectelor tipice prin spectre de vibrații (până la 1000 Hz)

Această secțiune reprezintă nucleul practic al ghidului. Aici vom învăța să citim spectrele și să le corelăm cu probleme mecanice specifice. Pentru comoditate și orientare rapidă pe teren, principalii indicatori de diagnostic sunt sintetizați într-un tabel consolidat. Acesta va servi ca referință rapidă la analizarea datelor reale.

Tabelul 3.1: Rezumatul indicatorilor de diagnostic

Defect	Semnătura spectrală primară	Armonice tipice	Note
Dezechilibra	Amplitudine mare la o frecvență de rotație de 1×	Scăzut	Vibrația radială este dominantă. Amplitudinea crește pătratic odată cu viteza.
Nealiniere	Amplitudine mare la o frecvență de rotație de 2×	1×, 3×, 4×	Adesea însoțită de vibrații axiale.
Slăbiciune mecanică	Armonice multiple 1× („pădure” de armonice)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Subarmonicele (0,5×, 1,5×) pot apărea la 1/2x, 3/2x etc. din cauza fisurilor.
Defect de rulment	Vârfuri la frecvențe nesincrone (BPFO, BPFI etc.)	Armonice multiple ale frecvențelor defectelor	Adesea vizibil ca benzi laterale în jurul vârfurilor. Sună ca „zgomot” în gama de frecvențe înalte.
Defect de încastrare a angrenajului	Înalta frecvență a angrenajului dințat (GMF) și armonicele sale	Benzile laterale în jurul GMF la 1x	Indică uzură, deteriorarea dinților sau excentricitate.

În continuare, vom analiza în detaliu fiecare dintre aceste defecte.

3.1. Dezechilibrul: Cea mai frecventă problemă

Cauză fizică: Dezechilibrul apare atunci când centrul de masă al unei piese rotative (rotor) nu coincide cu axa sa geometrică de rotație. Aceasta creează un „punct greu” care, în timpul rotației, generează o forță centrifugă care acționează în direcția radială și se transmite lagărelor și fundației.

Semnături spectrale: Semnul principal este un vârf de amplitudine mare strict la frecvența de rotație (1x). Vibrația este predominant radială. Există două tipuri principale de dezechilibru:

Dezechilibru static (un singur plan)

Descrierea spectrului: Spectrul este dominat în întregime de un singur vârf la frecvența fundamentală de rotație (1x). Vibrația este sinusoidală, cu energie minimă la alte frecvențe.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: În principal o componentă puternică de frecvență rotațională 1x. Armonice superioare puține sau deloc (un ton 1x pur).

Caracteristică cheie: Amplitudine mare de 1x în toate direcțiile radiale. Vibrația la ambii rulmenți este în fază (fără diferență de fază între cele două capete). Se observă adesea o defazare de aproximativ 90° între măsurătorile orizontale și verticale la același rulment.

Dezechilibru dinamic (biplanar / cuplu)

Descrierea spectrului: Spectrul prezintă, de asemenea, un vârf de frecvență dominant o dată pe rotație (1x), similar cu dezechilibrul static. Vibrația are loc la viteza de rotație, fără un conținut semnificativ de frecvență mai mare dacă singura problemă este dezechilibrul.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Componentă dominantă 1x RPM (adesea cu o „balansare” sau oscilație a rotorului). Armonicile superioare sunt în general absente, cu excepția cazului în care sunt prezente alte defecte.

Caracteristică cheie: 1x vibrație la fiecare rulment este defazat — există o diferență de fază de aproximativ 180° între vibrațiile de la cele două capete ale rotorului (indicând un dezechilibru al cuplului). Vârful puternic 1x cu această relație de fază este semnătura dezechilibrului dinamic.

Ce să fac: Dacă spectrul indică un dezechilibru, trebuie efectuată o procedură de echilibrare. Pentru un dezechilibru static, este suficientă echilibrarea pe un singur plan (secțiunea 7.4 din manual), pentru un dezechilibru dinamic — echilibrarea pe două planuri (secțiunea 7.5 din manual).

3.2. Nealinierea arborelui: o amenințare ascunsă

Cauză fizică: Nealinierea apare atunci când axele de rotație a doi arbori cuplați (de exemplu, arborele motorului și arborele pompei) nu coincid. Când arborii nealiniați se rotesc, apar forțe ciclice în cuplaj și lagăre, provocând vibrații.

Nealiniere paralelă (arbori decalate)

Descrierea spectrului: Spectrul de vibrații prezintă o energie crescută la fundamentală (1x) și la armonicele sale 2x și 3x, în special în direcția radială. De obicei, componenta 1x este dominantă, cu prezența unor nealinieri, însoțită de o componentă 2x notabilă.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Conține vârfuri semnificative la frecvențele de rotație ale arborelui de 1x, 2x și 3x. Acestea apar predominant în măsurătorile vibrațiilor radiale (perpendiculare pe arbore).

Caracteristică cheie: Vibrațiile mari de 1x și 2x în direcția radială sunt indicative. Se observă adesea o diferență de fază de 180° între măsurătorile vibrațiilor radiale pe părțile opuse ale cuplajului, ceea ce o distinge de un dezechilibru pur.

Nealiniere unghiulară (arbore înclinate)

Descrierea spectrului: Spectrul de frecvență prezintă armonice puternice ale vitezei arborelui, în special o componentă proeminentă de 2x a vitezei de rulare, pe lângă cea de 1x. Apar vibrații la 1x, 2x (și adesea 3x), vibrațiile axiale (de-a lungul arborelui) fiind semnificative.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Vârfuri notabile la 1x și 2x (și uneori 3x) din viteza de rulare. Componenta 2x este adesea la fel de mare sau mai mare decât 1x. Aceste frecvențe sunt pronunțate în spectrul de vibrații axiale (de-a lungul axei mașinii).

Caracteristică cheie: Amplitudine relativ mare a celei de-a doua armonice (2x) în comparație cu 1x, combinată cu vibrații axiale puternice. Măsurătorile axiale de pe ambele părți ale cuplajului sunt defazate cu 180°, un semn distinctiv al nealinierii unghiulare.

Ce să fac: Echilibrarea nu va ajuta aici. Opriți unitatea și efectuați o procedură de aliniere a arborelui folosind unelte specializate.

3.3. Slăbire mecanică: „Zdrăngănit” în mașină

Cauză fizică: Acest defect este asociat cu o pierdere de rigiditate în conexiunile structurale: șuruburi slăbite, fisuri în fundație, jocuri crescute în scaunele lagărelor. Din cauza jocurilor, apar impacturi, formând un model caracteristic de vibrații.

Slăbire mecanică (slăbire a componentelor)

Descriere: Spectrul este bogat în componente de frecvență ale vitezei de rotație. Apare o gamă largă de multipli întregi ai lui 1x (de la 1x până la ordine superioare, cum ar fi ~10x) cu amplitudini semnificative. În unele cazuri, pot apărea și frecvențe subarmonice (de exemplu, 0,5x).

Componente spectrale: Dominante sunt componentele multiple de frecvență ale vitezei de rotație (1x, 2x, 3x ... până la ~10x). Uneori, componentele de frecvență fracționare (semi-număr întreg) pot fi prezente și la 1/2x, 3/2x etc., din cauza impacturilor repetate.

Caracteristică cheie: „Seria distinctă de vârfuri” din spectru — numeroase vârfuri distanțate uniform la frecvențe care sunt multipli întregi ai vitezei de rotație. Aceasta indică o pierdere de rigiditate sau o asamblare necorespunzătoare a pieselor care provoacă impacturi repetate. Prezența multor armonici (și posibil a unor subarmonici pe jumătate întregi) este un indicator cheie.

Slăbiciune structurală (slăbiciune bază/montare)

Descriere: În spectrul vibrațiilor, vibrațiile la frecvența fundamentală sau dublă de rotație domină adesea. De obicei, apare un vârf la 1x și/sau 2x. Armonicile superioare (peste 2x) au de obicei amplitudini mult mai mici în comparație cu aceste armonice principale.

Componente spectrale: Prezintă predominant componente de frecvență la vitezele 1x și 2x ale arborelui. Alte armonice (3x, 4x etc.) sunt de obicei absente sau nesemnificative. Componenta 1x sau 2x poate domina în funcție de tipul de slăbire (de exemplu, un impact pe rotație sau două impacturi pe rotație).

Caracteristică cheie: Vârfuri vizibil mai mari la 1x sau 2x (sau ambele) în raport cu restul spectrului, indicând slăbirea lagărelor sau a structurii. Vibrația este mai puternică în direcție verticală dacă mașina este montată slăbit. Unul sau două vârfuri dominante de ordin inferior, cu un număr mic de armonice de ordin superior, sunt caracteristice slăbirii structurale sau a fundației.

Ce să fac: Este necesară o inspecție amănunțită a unității. Verificați toate șuruburile de fixare accesibile (lagăre, carcasă). Inspectați cadrul și fundația pentru fisuri. Dacă există slăbiri interne (de exemplu, la scaunul lagărului), poate fi necesară demontarea unității.

3.4. Defecte ale rulmenților: Avertizare timpurie

Cauză fizică: Apariția defectelor (gropituri, ciobituri, uzură) pe suprafețele de rulare (inelul interior, inelul exterior, elementele de rulare) sau pe colivie. De fiecare dată când un element de rulare trece peste un defect, se produce un impuls scurt de impact. Aceste impulsuri se repetă la o frecvență specifică, caracteristică fiecărui element de rulment.

Semnături spectrale: Defectele rulmenților apar ca vârfuri la frecvențe nesincrone, adică la frecvențe care nu sunt multipli întregi ai frecvenței de rotație (1x). Aceste frecvențe (BPFO - frecvența defectelor calului exterior, BPFI - calul interior, BSF - elementul de rostogolire, FTF - colivia) depind de geometria rulmentului și de viteza de rotație. Pentru un diagnostician începător, nu este necesar să calculeze valorile lor exacte. Principalul lucru este să învețe să recunoască prezența lor în spectru.

Defect al cursei exterioare

Descrierea spectrului: Spectrul de vibrații prezintă o serie de vârfuri corespunzătoare frecvenței defectelor de pe calea de rulare exterioară și armonicilor acestora. Aceste vârfuri sunt de obicei la frecvențe mai mari (nu multipli întregi ai rotației arborelui) și indică fiecare dată când un element rulant trece peste defectul de pe calea de rulare exterioară.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Sunt prezente multiple armonice ale frecvenței de trecere a bilei pe calea exterioară (BPFO). De obicei, în spectru pot fi observate 8-10 armonice ale BPFO pentru o defecțiune pronunțată a căii exterioare. Spațierea dintre aceste vârfuri este egală cu BPFO (o frecvență caracteristică determinată de geometria și viteza rulmentului).

Caracteristică cheie: Un șir distinct de vârfuri la BPFO și armonicele sale succesive este semnătura. Prezența numeroaselor vârfuri de înaltă frecvență, distanțate uniform (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...), indică în mod clar un defect al rulmentului exterior al roții de rulare.

Defect interior al rasei

Descrierea spectrului: Spectrul pentru un defect de cursă internă prezintă mai multe vârfuri proeminente la frecvența defectului de cursă internă și la armonicele sale. În plus, fiecare dintre aceste vârfuri de frecvență ale defectului este de obicei însoțit de vârfuri de bandă laterală distanțate la frecvența vitezei de rulare (1x).

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Conține armonice multiple ale frecvenței de trecere a bilei din calea interioară (BPFI), adesea de ordinul a 8-10 armonice. În mod caracteristic, aceste vârfuri BPFI sunt modulate de benzi laterale la ±1x RPM - ceea ce înseamnă că lângă fiecare armonică BPFI apar vârfuri laterale mai mici, separate de vârful principal cu o valoare egală cu frecvența de rotație a arborelui.

Caracteristică cheie: Semnul revelator este prezența armonicelor de frecvență ale defectelor de cale interioară (BPFI) cu un model de bandă laterală. Benzile laterale distanțate la viteza arborelui în jurul armonicelor BPFI indică faptul că defectul de cale interioară este încărcat o dată pe rotație, confirmând o problemă a căii interioare și nu a căii exterioare.

Defect al elementului de rulare (bilă/rolă)

Descrierea spectrului: Un defect al elementului de rulare (bilă sau rolă) produce vibrații la frecvența de rotație a elementului de rulare și la armonicele sale. Spectrul va afișa o serie de vârfuri care nu sunt multipli întregi ai vitezei arborelui, ci mai degrabă multipli ai frecvenței de rotație a bilei/rolei (BSF). Unul dintre aceste vârfuri armonice este adesea semnificativ mai mare decât celelalte, reflectând câte elemente de rulare sunt deteriorate.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Vor apărea vârfuri la frecvența fundamentală a defectelor elementului de rulare (BSF) și armonicele sale. De exemplu, BSF, 2xBSF, 3xBSF etc. În mod special, modelul de amplitudine al acestor vârfuri poate indica numărul de elemente deteriorate - de exemplu, dacă a doua armonică este cea mai mare, ar putea sugera că două bile/role au despicări. Adesea, unele vibrații la frecvențele defectelor de cursă însoțesc acest lucru, deoarece deteriorarea elementului de rulare duce de obicei și la deteriorarea cursei.

Caracteristică cheie: Prezența unei serii de vârfuri distanțate de BSF (frecvența de rotație a elementului rulmentului) și nu de frecvența de rotație a arborelui identifică un defect al elementului de rulare. O amplitudine deosebit de mare a armonicei N a BSF implică adesea că N elemente sunt deteriorate (de exemplu, un vârf 2xBSF foarte mare ar putea indica două bile cu defecte).

Defect al coliviei (Colivie rulment / FTF)

Descrierea spectrului: Un defect al coliviei (separatorului) unui rulment produce vibrații la frecvența de rotație a coliviei – frecvența fundamentală a trenului (FTF) – și la armonicele acesteia. Aceste frecvențe sunt de obicei subsincrone (sub viteza arborelui). Spectrul va arăta vârfuri la FTF, 2xFTF, 3xFTF etc. și adesea o oarecare interacțiune cu alte frecvențe ale rulmentului datorită modulației.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Vârfuri de joasă frecvență corespunzătoare frecvenței de rotație a coliviei (FTF) și multiplilor întregi ai acesteia. De exemplu, dacă FTF ≈ 0,4x viteza arborelui, puteți observa vârfuri la ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x etc. În multe cazuri, un defect al coliviei coexistă cu defecte de cursă, astfel încât FTF poate modula semnalele defectelor de cursă, producând frecvențe de sumă/diferență (benzi laterale în jurul frecvențelor de cursă).

Caracteristică cheie: Unul sau mai multe vârfuri subarmonice (sub 1x) care se aliniază cu rata de rotație a coliviei (FTF) indică o problemă a coliviei. Aceasta apare adesea alături de alte indicații de defecțiune a rulmentului. Semnătura cheie este prezența FTF și a armonicelor sale în spectru, ceea ce este altfel mai puțin frecvent, cu excepția cazului în care coliva este defectă.

Ce să fac: Apariția frecvențelor rulmenților este un îndemn la acțiune. Este necesar să se intensifice monitorizarea acestei unități, să se verifice starea de lubrifiere și să se înceapă planificarea înlocuirii rulmenților cât mai curând posibil.

3.5. Defecțiuni ale angrenajului

Excentricitatea angrenajului / Arbore îndoit

Descrierea spectrului: Această defecțiune provoacă modularea vibrației angrenajului dințat. În spectru, vârful frecvenței angrenajului dințat (GMF) este înconjurat de vârfuri ale benzii laterale distanțate la frecvența de rotație a arborelui dințat (1x turația dințatului). Adesea, vibrația proprie a dințatului, 1x viteza de funcționare, este, de asemenea, crescută din cauza efectului de dezechilibru al excentricității.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Creștere notabilă a amplitudinii la frecvența angrenajului și la armonicele sale inferioare (de exemplu, 1x, 2x, 3x GMF). Benzile laterale clare apar în jurul GMF (și uneori în jurul armonicelor sale) la intervale egale cu 1x viteza de rotație a roții dințate afectate. Prezența acestor benzi laterale indică modularea amplitudinii frecvenței angrenajului prin rotația roții dințate.

Caracteristică cheie: Frecvența de angrenare a roților dințate cu benzi laterale pronunțate la 1x frecvența roților dințate este caracteristica caracteristică. Acest model de benzi laterale (vârfuri egal distanțate în jurul GMF de viteza de rulare) indică puternic excentricitatea roților dințate sau un arbore dințat îndoit. În plus, vibrația fundamentală (1x) a roților dințate poate fi mai mare decât în mod normal.

Uzura sau deteriorarea dinților angrenajului

Descrierea spectrului: Defecțiunile dinților angrenajului (cum ar fi dinții uzați sau rupți) produc o creștere a vibrațiilor la frecvența angrenajului angrenajului și la armonicele acestuia. Spectrul prezintă adesea vârfuri multiple GMF (1xGMF, 2xGMF etc.) de amplitudine mare. În plus, în jurul acestor vârfuri GMF apar numeroase frecvențe cu bandă laterală, distanțate de frecvența de rotație a arborelui. În unele cazuri, se poate observa și excitația frecvențelor naturale ale angrenajului (rezonanțe) cu benzi laterale.

Scurtă descriere a componentelor spectrale: Vârfuri ridicate la frecvența de angrenare a roții dințate (frecvența de angrenare a dinților) și la armonicele acesteia (de exemplu, 2xGMF). În jurul fiecărei armonice GMF majore, există vârfuri ale benzilor laterale separate de 1x viteza de rulare. Numărul și dimensiunea benzilor laterale din jurul componentelor GMF 1x, 2x, 3x tind să crească odată cu severitatea deteriorării dinților. În cazuri grave, pot apărea vârfuri suplimentare corespunzătoare frecvențelor de rezonanță ale roții dințate (cu propriile benzi laterale).

Caracteristică cheie: Semnul distinctiv este reprezentat de armonice multiple de frecvență ale angrenajului de mare amplitudine, însoțite de modele dense de benzi laterale. Aceasta indică o trecere neregulată a dinților din cauza uzurii sau a unui dinte rupt. O angrenaj puternic uzat sau deteriorat va prezenta benzi laterale extinse (la intervale de 1x viteza angrenajului) în jurul vârfurilor de frecvență ale angrenajului, distingând-o de o angrenaj sănătos (care ar avea un spectru mai curat concentrat la GMF).

Ce să fac: Apariția frecvențelor legate de trenurile de angrenaje necesită o atenție sporită. Se recomandă verificarea stării uleiului din cutia de viteze pentru particule metalice și programarea unei inspecții a cutiei de viteze pentru a evalua uzura sau deteriorarea dinților.

Este important să înțelegem că, în condiții reale, mașinile rareori suferă de o singură defecțiune. Foarte des, spectrul este o combinație de semne ale mai multor defecte, cum ar fi dezechilibrul și nealinierea. Acest lucru poate fi confuz pentru un diagnostician începător. În astfel de cazuri, se aplică o regulă simplă: abordați mai întâi problema corespunzătoare vârfului cu cea mai mare amplitudine. Adesea, o defecțiune gravă (de exemplu, o nealiniere severă) provoacă probleme secundare, cum ar fi uzura crescută a rulmenților sau slăbirea elementelor de fixare. Prin eliminarea cauzei principale, puteți reduce semnificativ manifestarea defectelor secundare.

Secțiunea 4: Recomandări practice și pașii următori

După ce ați stăpânit elementele de bază ale interpretării spectrului, ați făcut primul și cel mai important pas. Acum este necesar să integrați aceste cunoștințe în practica zilnică de întreținere. Această secțiune este dedicată modului de trecere de la măsurători unice la o abordare sistematică și modului de utilizare a datelor obținute pentru a lua decizii informate.

4.1. De la o singură măsurare la monitorizare: Puterea tendințelor

Un singur spectru este doar o „instantanee” a stării mașinii la un moment dat. Poate fi foarte informativ, dar adevărata sa valoare este dezvăluită atunci când este comparată cu măsurătorile anterioare. Acest proces se numește monitorizare a stării sau analiză a tendințelor.

Ideea este foarte simplă: în loc să judeci starea mașinii după valori absolute ale vibrațiilor („bune” sau „proaste”), urmărești cum se schimbă aceste valori în timp. O creștere lentă și graduală a amplitudinii la o anumită frecvență indică uzură sistematică, în timp ce o creștere bruscă este un semnal de alarmă care indică dezvoltarea rapidă a unui defect.

Sfat practic:

• Creați un spectru de referință: Efectuați o măsurare amănunțită pe echipamente noi, recent reparate sau despre care se știe că sunt în stare bună. Salvați aceste date (spectre și valori numerice) în arhiva programului Balanset-1A. Acesta este „reperul dumneavoastră de sănătate” pentru această mașină.
• Stabilirea periodicității: Stabiliți cât de des veți efectua măsurători de control. Pentru echipamentele de importanță critică, aceasta poate fi o dată la două săptămâni; pentru echipamentele auxiliare, o dată pe lună sau trimestru.
• Asigurați repetabilitatea: De fiecare dată, efectuați măsurători în aceleași puncte, în aceleași direcții și, dacă este posibil, în aceleași condiții de funcționare ale mașinii (sarcină, temperatură).
• Comparați și analizați: După fiecare nouă măsurare, comparați spectrul obținut cu valoarea de bază și cu cele anterioare. Acordați atenție nu numai apariției de noi vârfuri, ci și creșterii amplitudinii celor existente. O creștere bruscă a amplitudinii oricărui vârf (de exemplu, de două ori față de măsurarea anterioară) este un semnal fiabil al unui defect în curs de dezvoltare, chiar dacă valoarea absolută a vibrațiilor este încă în limitele acceptabile conform standardelor ISO.

4.2. Când să echilibrăm situația și când să căutăm o altă cauză?

Scopul final al diagnosticării nu este doar de a găsi un defect, ci de a lua decizia corectă cu privire la acțiunile necesare. Pe baza analizei spectrale, se poate construi un algoritm decizional simplu și eficient.

Algoritm de acțiune bazat pe analiza spectrală:

1. Obțineți un spectru de înaltă calitate folosind Balanset-1A, de preferință în modul „Diagrame” (F8), prin efectuarea de măsurători atât în direcție radială, cât și axială.
2. Identificați vârful cu cea mai mare amplitudine. Acesta indică problema dominantă care trebuie abordată prima.
3. Determinați tipul defectului prin frecvența acestui vârf:
   • Dacă vârful 1x domină: Cea mai probabilă cauză este dezechilibrul.
     Acţiune: Efectuați o procedură de echilibrare dinamică utilizând funcționalitatea dispozitivului Balanset-1A.
   • Dacă vârful 2x domină (în special dacă este ridicat în direcția axială): Cea mai probabilă cauză este nealinierea arborelui.
     Acţiune: Echilibrarea este ineficientă. Este necesar să opriți unitatea și să efectuați alinierea arborelui.
   • Dacă se observă o „pădure” de mai multe armonice (1x, 2x, 3x,...): Cea mai probabilă cauză este slăbirea mecanică.
     Acţiune: Efectuați o inspecție vizuală. Verificați și strângeți toate șuruburile de montare. Inspectați cadrul și fundația pentru a depista fisuri.
   • Dacă vârfurile nesincrone domină în intervalul de frecvență medie sau înaltă: Cea mai probabilă cauză este un defect al rulmentului.
     Acţiune: Verificați lubrifierea unității de rulmenți. Începeți planificarea înlocuirii rulmenților. Măriți frecvența monitorizării acestei unități pentru a urmări rata de dezvoltare a defectelor.
   • Dacă frecvența de încadrare a angrenajului (GMF) cu benzi laterale este dominantă: Cea mai probabilă cauză este o defecțiune a angrenajului.
     Acţiune: Verificați starea uleiului din cutia de viteze. Programați o inspecție a cutiei de viteze pentru a evalua uzura sau deteriorarea dinților.

Acest algoritm simplu permite trecerea de la analiza abstractă la acțiuni de mentenanță concrete, direcționate, acesta fiind scopul final al tuturor lucrărilor de diagnosticare.

Concluzie

Dispozitivul Balanset-1A, conceput inițial ca un instrument specializat pentru echilibrare, are un potențial semnificativ mai mare. Capacitatea de a obține și afișa spectre de vibrații îl transformă într-un analizor de vibrații puternic, de nivel de bază. Acest articol a fost conceput ca o punte de legătură între capacitățile operaționale ale dispozitivului descrise în manual și cunoștințele fundamentale necesare pentru interpretarea datelor obținute din sesiunile de analiză a vibrațiilor.

Stăpânirea abilităților de bază de analiză spectrală nu înseamnă doar studierea teoriei, ci dobândirea unui instrument practic pentru a crește eficiența muncii tale. Înțelegerea modului în care diverse defecte - dezechilibru, nealiniere, slăbire și defecte ale rulmenților - se manifestă ca „amprente” unice pe spectrul de vibrații îți permite să privești în interiorul unei mașini în funcțiune fără a o dezasambla.

Concluzii cheie din acest ghid:

• Vibrația este informație. Fiecare vârf din spectru conține informații despre un proces specific care are loc în mecanism.
• FFT este traducătorul tău. Transformata Fourier rapidă traduce limbajul complex și haotic al vibrațiilor în limbajul simplu și ușor de înțeles al frecvențelor și amplitudinilor.
• Diagnosticarea este recunoașterea tiparelor. Învățând să identificați modelele spectrale caracteristice pentru defectele majore, puteți determina rapid și precis cauza principală a vibrațiilor crescute.
• Tendințele sunt mai importante decât valorile absolute. Monitorizarea regulată și compararea datelor actuale cu datele de referință stau la baza unei abordări predictive, permițând identificarea problemelor cât mai devreme.

Calea către a deveni un analist de vibrații încrezător și competent necesită timp și practică. Nu vă fie teamă să experimentați, să colectați date de la diverse echipamente și să vă creați propria bibliotecă de „spectre de sănătate” și „spectre de boli”. Acest ghid v-a oferit o hartă și o busolă. Folosiți Balanset-1A nu doar pentru a „trata” simptomele prin echilibrare, ci și pentru a pune un „diagnostic” precis. Această abordare vă va permite să creșteți semnificativ fiabilitatea echipamentului dumneavoastră, să reduceți numărul de opriri de urgență și să treceți la un nivel calitativ nou de întreținere.