Анализ вибрации с помощью Balanset-1A: руководство для начинающих по диагностике спектра

Введение: от балансировки до диагностики — раскрытие полного потенциала вашего виброанализатора

Прибор Balanset-1A известен прежде всего как эффективный инструмент для динамической балансировки. Однако его возможности выходят далеко за рамки этого, делая его мощным и доступным виброанализатором. Оснащенный чувствительными датчиками и программным обеспечением для спектрального анализа с быстрым преобразованием Фурье (БПФ), Balanset-1A является превосходным инструментом для комплексного анализа вибрации. Данное руководство восполняет пробел, оставленный официальным руководством, объясняя, что данные о вибрации говорят о состоянии машины.

Это руководство структурировано последовательно, чтобы провести вас от основ к практическому применению:

• В разделе 1 будет заложена теоретическая основа, просто и понятно объяснено, что такое вибрация, как работает спектральный анализ (БПФ) и какие спектральные параметры являются ключевыми для диагноста.
• В разделе 2 будут представлены пошаговые инструкции по получению качественных и достоверных спектров вибрации с использованием прибора «Балансет-1А» в различных режимах, с акцентом на практических нюансах, не описанных в стандартной инструкции.
• Раздел 3 является ядром статьи. В нём будут подробно проанализированы «отпечатки пальцев» — характерные спектральные признаки наиболее распространённых неисправностей: дисбаланса, перекоса, люфта и дефектов подшипников.
• Раздел 4 объединит полученные знания в единую систему, предложив практические рекомендации по реализации мониторинга и простой алгоритм принятия решений.

Освоив материал данной статьи, вы сможете использовать «Балансет-1А» не только как балансировочный прибор, но и как полноценный диагностический комплекс начального уровня, позволяющий своевременно выявлять неисправности, предотвращать дорогостоящие аварии и существенно повышать надежность вашего эксплуатируемого оборудования.

Раздел 1: Основы вибрационного и спектрального анализа (БПФ)

1.1. Что такое вибрация и почему она важна?

Любое вращающееся оборудование, будь то насос, вентилятор или электродвигатель, создаёт вибрацию во время работы. Вибрация — это механические колебания машины или её отдельных частей относительно положения равновесия. В идеальном, полностью исправном состоянии машина генерирует низкий и стабильный уровень вибрации — это её нормальный «рабочий шум». Однако по мере возникновения и развития дефектов этот вибрационный фон начинает меняться.

Вибрация — это реакция конструкции механизма на циклические возбуждающие силы. Источники этих сил могут быть самыми разными:

• Центробежная сила из-за дисбаланса ротора: Возникает из-за неравномерного распределения массы относительно оси вращения. Это так называемое «тяжёлое пятно», которое при вращении создаёт усилие, передающееся на подшипники и корпус машины.
• Силы, связанные с геометрическими неточностями: Несоосность сопряженных валов, изгиб вала, погрешности профилей зубьев шестерен редуктора — все это создает циклические силы, вызывающие вибрацию.
• Аэродинамические и гидродинамические силы: Возникают при вращении рабочих колес вентиляторов, дымососов, насосов и турбин.
• Электромагнитные силы: Характерно для электродвигателей и генераторов и может быть вызвано, например, асимметрией обмоток или наличием короткозамкнутых витков.

Каждый из этих источников создаёт вибрацию с уникальными характеристиками. Именно поэтому анализ вибрации является столь мощным диагностическим инструментом. Измеряя и анализируя вибрацию, мы можем не только сказать, что «машина сильно вибрирует», но и с высокой степенью вероятности определить её первопричину. Эта передовая диагностическая возможность необходима для любой современной программы технического обслуживания.

1.2 От временного сигнала к спектру: простое объяснение БПФ

Датчик вибрации (акселерометр), установленный на корпусе подшипника, преобразует механические колебания в электрический сигнал. Если отобразить этот сигнал на экране как функцию времени, получим временной сигнал или осциллограмму. Этот график показывает, как изменяется амплитуда вибрации в каждый момент времени.

В простом случае, например, при чистом дисбалансе, временной сигнал будет выглядеть как гладкая синусоида. Однако в реальности на машину почти всегда одновременно действуют несколько возбуждающих сил. В результате временной сигнал представляет собой сложную, на первый взгляд хаотичную кривую, из которой практически невозможно извлечь полезную диагностическую информацию.

Здесь на помощь приходит математический инструмент — быстрое преобразование Фурье (БПФ). Его можно представить как волшебную призму для вибрационных сигналов.

Представьте себе, что сложный временной сигнал — это луч белого света. Он кажется нам единым и неразличимым. Но когда этот луч проходит через стеклянную призму, он распадается на составляющие его цвета — красный, оранжевый, жёлтый и так далее, образуя радугу. БПФ делает то же самое с вибрационным сигналом: берёт сложную кривую из временной области и разлагает её на простые синусоидальные составляющие, каждая из которых имеет свою частоту и амплитуду.

Результат этого преобразования отображается на графике, называемом спектром вибрации. Спектр — основной рабочий инструмент для любого специалиста по анализу вибрации. Он позволяет увидеть, что скрывается во временном сигнале: какие «чистые» вибрации составляют общий шум машины.

1.3. Ключевые параметры спектра, которые необходимо понимать

Спектр вибрации, который вы увидите на экране Balanset-1A в режимах «Виброметр» или «Графики», имеет две оси, понимание которых абсолютно необходимо для диагностики.

Горизонтальная ось (X): Частота

Эта ось показывает частоту возникновения колебаний и измеряется в герцах (Гц). 1 Гц соответствует одному полному колебанию в секунду. Частота напрямую связана с источником вибрации. Различные механические и электрические компоненты машины генерируют вибрацию на своих характерных, предсказуемых частотах. Зная частоту, на которой наблюдается пик вибрации, мы можем определить причину — конкретный узел или дефект.

Частота вращения (1x): Это важнейшая частота вибродиагностики. Она соответствует частоте вращения вала машины. Например, если вал двигателя вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту (об/мин), его частота вращения составит: f = 3000 об/мин / 60 с/мин = 50 Гц. Эта частота обозначается как 1x. Она служит точкой отсчёта для выявления многих других дефектов.

Вертикальная ось (Y): амплитуда

Эта ось отображает интенсивность вибрации на каждой конкретной частоте. В приборе «Balanset-1A» амплитуда измеряется в миллиметрах в секунду (мм/с), что соответствует среднеквадратичному значению виброскорости. Чем выше пик в спектре, тем больше энергии вибрации сосредоточено на этой частоте и, как правило, тем серьёзнее сопутствующий дефект.

Гармоники

Гармоники – это частоты, кратные основной частоте. Чаще всего основной частотой является частота вращения 1x. Таким образом, её гармоники будут следующими: 2x (вторая гармоника) = 2×1x, 3x (третья гармоника) = 3×1x, 4x (четвёртая гармоника) = 4×1x и так далее. Наличие и относительная высота гармоник несут важную диагностическую информацию. Например, чистый дисбаланс проявляется преимущественно на частоте 1x с очень низкими гармониками. Однако механическая неустойчивость или перекос валов порождают целый «лес» высоких гармоник (2x, 3x, 4x,...). Анализируя соотношение амплитуд 1x и её гармоник, можно различить различные типы неисправностей.

Раздел 2: Получение спектра вибрации с помощью Balanset-1A

Качество диагностики напрямую зависит от качества исходных данных. Некорректные измерения могут привести к ошибочным выводам, ненужному ремонту или, наоборот, к пропуску развивающегося дефекта. Этот раздел содержит практическое руководство по сбору точных и воспроизводимых данных с помощью вашего устройства.

2.1 Подготовка к измерениям: ключ к точным данным

Перед подключением кабелей и запуском программы необходимо уделить особое внимание правильности установки датчиков. Это важнейший этап, определяющий достоверность всего последующего анализа.

Способ крепления: Balanset-1A поставляется с магнитными основаниями для датчиков. Это удобный и быстрый способ крепления, но для его эффективности необходимо соблюдать несколько правил. Поверхность в точке измерения должна быть:

• Чистый: Удалите грязь, ржавчину и отслоившуюся краску.
• Плоский: Датчик должен плотно прилегать к магниту по всей его поверхности. Не устанавливайте его на закруглённые поверхности или головки болтов.
• Массивный: Точка измерения должна быть частью несущей конструкции машины (например, корпусом подшипника), а не тонким защитным кожухом или ребром охлаждения.

Для стационарного контроля или для достижения максимальной точности на высоких частотах рекомендуется использовать резьбовое соединение (шпильку), если это позволяет конструкция машины.

Расположение: Усилия, возникающие при работе ротора, передаются на корпус машины через подшипники. Поэтому наилучшим местом для установки датчиков являются корпуса подшипников. Постарайтесь разместить датчик как можно ближе к подшипнику, чтобы измерять вибрацию с минимальными искажениями.

Направление измерения: Вибрация — это трёхмерный процесс. Для получения полной картины состояния машины измерения следует проводить в трёх направлениях:

• Радиально-горизонтально (H): Перпендикулярно оси вала, в горизонтальной плоскости.
• Радиально-вертикальный (V): Перпендикулярно оси вала, в вертикальной плоскости.
• Аксиальный (А): Параллельно оси вала.

Как правило, жёсткость конструкции в горизонтальном направлении меньше, чем в вертикальном, поэтому амплитуда колебаний в горизонтальном направлении зачастую оказывается наибольшей. Именно поэтому горизонтальное направление часто выбирают для первоначальной оценки. Однако осевая вибрация несёт уникальную информацию, критически важную для диагностики таких дефектов, как перекос валов.

Balanset-1A – двухканальный прибор, который в руководстве рассматривается преимущественно с точки зрения двухплоскостной балансировки. Однако для диагностики это открывает гораздо более широкие возможности. Вместо измерения вибрации на двух разных подшипниках оба датчика можно подключить к одному подшипниковому узлу, но в разных направлениях. Например, датчик канала 1 может быть установлен радиально (горизонтально), а датчик канала 2 – аксиально. Одновременная регистрация спектров в двух направлениях позволяет мгновенно сравнивать осевую и радиальную вибрацию, что является стандартным методом в профессиональной диагностике для надежного выявления несоосности. Этот метод существенно расширяет диагностические возможности прибора, выходя за рамки описанного в руководстве.

2.2. Пошаговое руководство: использование режима «Виброметр» (F5) для быстрой оценки

Данный режим предназначен для оперативного контроля основных параметров вибрации и идеально подходит для быстрой оценки состояния оборудования «на месте». Процедура получения спектра в этом режиме следующая:

1. Подключите датчики: установите датчики вибрации в выбранных точках и подключите их к входам X1 и X2 измерительного блока. Подключите лазерный тахометр к входу X3 и закрепите светоотражающий маркер на валу.
2. Запуск программы: В главном окне программы Balanset-1A нажмите кнопку «F5 - Виброметр».
3. Откроется рабочее окно (рис. 7.4 в руководстве), в верхней части которого будут отображаться цифровые значения: общая вибрация (V1s), вибрация на частоте вращения (V1o), фаза (F1) и частота вращения (N rev).
4. Запуск измерения: нажмите кнопку «F9 — Запуск». Программа начнёт собирать и отображать данные в режиме реального времени.
5. Анализ спектра: в нижней части окна находится график «Спектр вибрации – каналы 1 и 2 (мм/с)». Это спектр вибрации. Горизонтальная ось показывает частоту в Гц, а вертикальная – амплитуду в мм/с.

Этот режим позволяет провести первую, самую важную диагностическую проверку, рекомендованную даже в руководстве по балансировке. Сравните значения V1s (общая вибрация) и V1o (вибрация на частоте вращения 1x).

• Если V1s≈V1o, это означает, что большая часть энергии колебаний сосредоточена на частоте вращения. Основной причиной вибрации, скорее всего, является дисбаланс.
• Если V1s≫V1o, это указывает на то, что значительная часть вибрации вызвана другими источниками (перекос, люфт, дефекты подшипников и т. д.). В этом случае простая балансировка не решит проблему, и необходим более глубокий анализ спектра.

2.3. Пошаговое руководство: использование режима «Графики» (F8) для детального анализа

Для серьёзной диагностики, требующей более детального изучения спектра, режим «Графики» значительно предпочтительнее. Он обеспечивает более крупный и информативный график, что облегчает идентификацию пиков и анализ их структуры. Процедура получения спектра в этом режиме:

1. Датчики подключаются так же, как и для режима «Виброметр».
2. Режим запуска: В главном окне программы нажмите кнопку «F8 - Диаграммы».
3. Выберите тип графика: В открывшемся окне (рис. 7.19 в руководстве) вверху будет ряд кнопок. Нажмите «F5-Спектр (Гц)».
4. Откроется окно анализа спектра (рис. 7.23 в руководстве). В верхней части будет отображен временной сигнал, а в нижней, основной части — спектр вибрации.
5. Запуск измерения: нажмите кнопку «F9-Run». Устройство выполнит измерение и построит подробные графики.

Спектр, полученный в этом режиме, гораздо удобнее для анализа. Можно более чётко видеть пики на разных частотах, оценивать их высоту и выделять гармонические ряды. Этот режим рекомендуется для диагностики неисправностей, описанных в следующем разделе.

Раздел 3: Диагностика типовых неисправностей по спектрам вибрации (до 1000 Гц)

Этот раздел представляет собой практическую часть руководства. Здесь мы научимся читать спектры и соотносить их с конкретными механическими проблемами. Для удобства и быстрой ориентации в полевых условиях основные диагностические показатели сведены в сводную таблицу. Она послужит кратким справочником при анализе реальных данных.

Таблица 3.1: Сводка диагностических показателей

Вина	Первичная спектральная сигнатура	Типичные гармоники	Примечания
Несбалансированность	Высокая амплитуда при 1-кратной частоте вращения	Низкий	Доминируют радиальные колебания. Амплитуда увеличивается квадратично со скоростью.
Несоосность	Высокая амплитуда при 2-кратной частоте вращения	1×, 3×, 4×	Часто сопровождается осевой вибрацией.
Механическая неплотность	Кратные гармоники 1× («лес» гармоник)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Субгармоники (0,5×, 1,5×) могут появляться при 1/2x, 3/2x и т. д. из-за трещин.
Дефект подшипника	Пики на несинхронных частотах (BPFO, BPFI и т. д.)	Множественные гармоники частот дефектов	Часто проявляется в виде боковых полос вокруг пиков. Звучит как «шум» в высокочастотном диапазоне.
Дефект зацепления шестерен	Высокая частота зубчатого зацепления (ГМП) и ее гармоники	Боковые полосы вокруг ГМП при 1x	Указывает на износ, повреждение зубьев или эксцентриситет.

Далее мы подробно разберем каждый из этих дефектов.

3.1. Дисбаланс: самая распространённая проблема

Физическая причина: Дисбаланс возникает, когда центр масс вращающейся детали (ротора) не совпадает с его геометрической осью вращения. Это создаёт «тяжёлую точку», которая при вращении создаёт центробежную силу, действующую в радиальном направлении и передающуюся на подшипники и фундамент.

Спектральные сигнатуры: Основным признаком является пик высокой амплитуды строго на частоте вращения (1x). Вибрация преимущественно радиальная. Различают два основных типа дисбаланса:

Статический дисбаланс (в одной плоскости)

Описание спектра: В спектре доминирует один пик на основной частоте вращения (1x). Вибрация синусоидальная, с минимальной энергией на других частотах.

Краткое описание спектральных компонентов: В основном, сильная составляющая частоты вращения 1x. Высшие гармоники практически отсутствуют (чистый тон 1x).

Ключевая особенность: Большая амплитуда колебаний 1x во всех радиальных направлениях. Вибрация на обоих подшипниках синфазна (разница фаз между двумя концами отсутствует). Часто наблюдается сдвиг фаз примерно на 90° между горизонтальными и вертикальными измерениями на одном подшипнике.

Динамический дисбаланс (две плоскости / пара)

Описание спектра: В спектре также виден доминирующий пик частоты один раз за оборот (1x), аналогичный статическому дисбалансу. Вибрация возникает на скорости вращения, без существенного высокочастотного компонента, если дисбаланс является единственной проблемой.

Краткое описание спектральных компонентов: Доминирующая составляющая 1x RPM (часто с «раскачиванием» или биением ротора). Высшие гармоники, как правило, отсутствуют, если нет других неисправностей.

Ключевая особенность: 1x вибрация на каждом подшипнике не в фазе — между вибрациями на двух концах ротора наблюдается разность фаз примерно 180° (что указывает на парный дисбаланс). Яркий пик 1x с таким фазовым соотношением является признаком динамического дисбаланса.

Что делать: Если спектр указывает на дисбаланс, необходимо провести балансировку. При статическом дисбалансе достаточно балансировки в одной плоскости (раздел 7.4 руководства), при динамическом — в двух плоскостях (раздел 7.5 руководства).

3.2. Несоосность валов: скрытая угроза

Физическая причина: Несоосность возникает, когда оси вращения двух соединённых валов (например, вала двигателя и вала насоса) не совпадают. При вращении несоосных валов в муфте и подшипниках возникают циклические силы, вызывающие вибрацию.

Параллельное несоосность (смещенные валы)

Описание спектра: В спектре колебаний наблюдается повышенная энергия на основной частоте (1x) и её гармониках 2x и 3x, особенно в радиальном направлении. Как правило, доминирует компонента 1x при наличии рассогласования, сопровождаемая заметной компонентой 2x.

Краткое описание спектральных компонентов: Содержит значительные пики на частотах вращения вала 1x, 2x и 3x. Они проявляются преимущественно при измерениях радиальной вибрации (перпендикулярно валу).

Ключевая особенность: Характерны высокие значения 1x и 2x вибрации в радиальном направлении. Часто наблюдается разность фаз 180° между измерениями радиальной вибрации на противоположных сторонах муфты, что отличает её от чистого дисбаланса.

Угловое несоосность (наклонные валы)

Описание спектра: В спектре частот наблюдаются сильные гармоники скорости вала, в частности, выраженная гармоника скорости вращения вала 2x в дополнение к гармонике скорости вращения вала 1x. Возникает вибрация на частотах вращения вала 1x, 2x (а часто и 3x), при этом осевая (вдоль вала) вибрация является значительной.

Краткое описание спектральных компонентов: Заметные пики на частотах, кратных 1x и 2x (а иногда и 3x) скорости движения. Компонента 2x часто равна или превышает компоненту 1x. Эти частоты ярко выражены в спектре осевых колебаний (вдоль оси машины).

Ключевая особенность: Относительно высокая амплитуда второй гармоники (2x) по сравнению с 1x в сочетании с сильной осевой вибрацией. Осевые измерения по обе стороны муфты сдвинуты по фазе на 180°, что является признаком углового смещения.

Что делать: Балансировка здесь не поможет. Остановите агрегат и выполните центровку валов с помощью специального инструмента.

3.3. Механическая неисправность: «дребезжание» в машине

Физическая причина: Этот дефект связан с потерей жёсткости в конструктивных соединениях: ослаблением болтов, трещинами в фундаменте, увеличением зазоров в опорных гнёздах подшипников. Из-за зазоров возникают удары, формирующие характерный рисунок колебаний.

Механическая неплотность (неплотность крепления компонентов)

Описание: Спектр богат частотными составляющими скорости вращения. Наблюдается широкий диапазон целочисленных кратных 1x (от 1x до более высоких порядков, например, ~10x) со значительными амплитудами. В некоторых случаях могут также наблюдаться субгармонические частоты (например, 0,5x).

Спектральные компоненты: Доминируют кратные частотные составляющие скорости вращения (1x, 2x, 3x... до ~10x). Иногда могут присутствовать также дробные (полуцелые) частотные составляющие на скоростях 1/2x, 3/2x и т. д., обусловленные многократными ударами.

Ключевая особенность: Характерная «серия пиков» в спектре — многочисленные равномерно расположенные пики на частотах, кратных частоте вращения. Это указывает на потерю жёсткости или неправильную сборку деталей, приводящую к повторяющимся ударам. Наличие множества гармоник (и, возможно, полуцелых субгармоник) является ключевым признаком.

Неустойчивость конструкции (неустойчивость основания/крепления)

Описание: В спектре колебаний часто доминируют колебания на основной или удвоенной частоте вращения. Обычно пик проявляется на частотах 1x и/или 2x. Более высокие гармоники (выше 2x) обычно имеют значительно меньшие амплитуды по сравнению с этими основными.

Спектральные компоненты: Преобладают частотные составляющие на частотах вращения вала 1x и 2x. Остальные гармоники (3x, 4x и т.д.) обычно отсутствуют или незначительны. В зависимости от типа ослабления (например, один удар за оборот или два удара за оборот) может доминировать составляющая 1x или 2x.

Ключевая особенность: Заметно высокие пики на частотах 1x или 2x (или обоих) относительно остального спектра указывают на ослабление подшипников или конструкции. Вибрация сильнее в вертикальном направлении, если машина неплотно закреплена. Один или два доминирующих пика низкого порядка с небольшим количеством гармоник высокого порядка характерны для ослабления конструкции или фундамента.

Что делать: Необходим тщательный осмотр агрегата. Проверьте все доступные крепёжные болты (подшипники, корпус). Осмотрите раму и фундамент на наличие трещин. При наличии внутреннего люфта (например, посадочного места подшипника) может потребоваться разборка агрегата.

3.4. Дефекты подшипников качения: раннее предупреждение

Физическая причина: Появление дефектов (раковин, сколов, износа) на поверхностях качения (внутреннем и наружном кольцах, телах качения) или на сепараторе. При каждом наезде тела качения на дефект возникает короткий ударный импульс. Эти импульсы повторяются с определённой частотой, характерной для каждого элемента подшипника.

Спектральные сигнатуры: Дефекты подшипников проявляются в виде пиков на несинхронных частотах, то есть на частотах, не кратных частоте вращения (1x). Эти частоты (BPFO – частота дефекта наружной обоймы, BPFI – внутренней обоймы, BSF – тела качения, FTF – сепаратора) зависят от геометрии подшипника и частоты вращения. Начинающему диагносту не обязательно рассчитывать их точные значения. Главное – научиться распознавать их присутствие в спектре.

Дефект внешнего кольца

Описание спектра: Спектр вибрации показывает ряд пиков, соответствующих частоте дефекта внешней дорожки качения и ее гармоникам. Эти пики обычно находятся на более высоких частотах (не целые кратные вращения вала) и указывают на каждый раз, когда элемент качения проходит над дефектом внешней дорожки качения.

Краткое описание спектральных компонентов: Присутствуют множественные гармоники частоты прохода шарика наружной дорожки качения (BPFO). Обычно в спектре при выраженном дефекте наружной дорожки качения можно наблюдать 8–10 гармоник BPFO. Расстояние между этими пиками равно BPFO (характерная частота, определяемая геометрией подшипника и скоростью).

Ключевая особенность: Характерной особенностью является чёткая последовательность пиков на BPFO и его последовательных гармониках. Наличие многочисленных равномерно расположенных высокочастотных пиков (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) явно указывает на дефект наружного кольца подшипника.

Дефект внутренней дорожки качения

Описание спектра: Спектр дефекта внутренней дорожки качения демонстрирует несколько выраженных пиков на частоте дефекта внутренней дорожки качения и её гармониках. Кроме того, каждый из этих пиков частоты дефекта обычно сопровождается пиками боковой полосы, расположенными на частоте рабочей скорости (1x).

Краткое описание спектральных компонентов: Содержит несколько гармоник частоты вращения шариков внутреннего кольца (BPFI), часто порядка 8–10 гармоник. Характерно, что эти пики BPFI модулируются боковыми полосами с частотой ±1x об/мин, то есть рядом с каждой гармоникой BPFI появляются меньшие боковые пики, отстоящие от основного пика на величину, равную частоте вращения вала.

Ключевая особенность: Контрольным признаком является наличие гармоник частоты дефекта внутренней дорожки качения (BPFI) с рисунком боковой полосы. Боковые полосы, расположенные на скорости вала вокруг гармоник BPFI, указывают на то, что дефект внутренней дорожки качения нагружается один раз за оборот, что подтверждает проблему внутренней дорожки качения, а не внешней.

Дефект элемента качения (шарик/ролик)

Описание спектра: Дефект элемента качения (шарика или ролика) вызывает вибрацию на частоте вращения элемента качения и ее гармониках. Спектр покажет ряд пиков, которые не являются целыми кратными скорости вала, а скорее кратными частоте вращения шарика/ролика (BSF). Один из этих гармонических пиков часто значительно больше других, что отражает, сколько элементов качения повреждено.

Краткое описание спектральных компонентов: Пики на основной частоте дефекта элементов качения (BSF) и её гармониках. Например, BSF, 2xBSF, 3xBSF и т. д. Примечательно, что амплитудная характеристика этих пиков может указывать на количество повреждённых элементов — например, если вторая гармоника самая высокая, это может указывать на наличие сколов у двух шариков/роликов. Часто это сопровождается вибрацией на частотах дефекта дорожки качения, поскольку повреждение элементов качения обычно приводит к повреждению и самой дорожки качения.

Ключевая особенность: Наличие серии пиков, разнесённых частотой вращения подшипника (BSF), а не частотой вращения вала, указывает на дефект элемента качения. Особенно высокая амплитуда N-й гармоники BSF часто указывает на повреждение N элементов (например, очень высокий пик 2xBSF может указывать на наличие двух дефектных шариков).

Дефект сепаратора (сепаратор подшипника / FTF)

Описание спектра: Дефект сепаратора в подшипнике качения приводит к вибрации на частоте вращения сепаратора – основной частоте вращения (FTF) – и её гармониках. Эти частоты обычно субсинхронны (ниже частоты вращения вала). Спектр будет включать пики на частотах FTF, 2xFTF, 3xFTF и т. д., а также часто имеет некоторое взаимодействие с другими частотами подшипника из-за модуляции.

Краткое описание спектральных компонентов: Низкочастотные пики, соответствующие частоте вращения сепаратора (ЧВС) и кратным ей частотам. Например, если ЧВС ≈ 0,4x частоты вращения вала, пики могут наблюдаться при ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x и т. д. Во многих случаях дефект сепаратора сосуществует с дефектами качения, поэтому ЧВС может модулировать сигналы дефектов качения, создавая суммарные/разностные частоты (боковые полосы вокруг частот качения).

Ключевая особенность: Один или несколько субгармонических пиков (менее 1x), совпадающих с частотой вращения сепаратора подшипника (FTF), указывают на неисправность сепаратора. Это часто проявляется наряду с другими признаками неисправности подшипника. Ключевым признаком является наличие FTF и его гармоник в спектре, что в других случаях встречается редко, если только не поврежден сепаратор.

Что делать: Появление частот колебаний подшипников — сигнал к действию. Необходимо усилить контроль за состоянием узла, проверить состояние смазки и при первой возможности начать планировать замену подшипников.

3.5. Неисправности передач

Эксцентриситет шестерни / Изогнутый вал

Описание спектра: Эта неисправность приводит к модуляции вибрации зацепления шестерен. В спектре пик частоты зацепления шестерен (ГМП) окружен пиками боковых полос, расположенными на частоте вращения вала шестерни (1x частота вращения шестерни). Часто собственные вибрации шестерни, соответствующие частоте вращения шестерни (1x частота вращения), также усиливаются из-за эффекта эксцентриситета, подобного дисбалансу.

Краткое описание спектральных компонентов: Заметное увеличение амплитуды на частоте зацепления зубчатых передач и её низших гармониках (например, 1x, 2x, 3x ГМП). Вокруг ГМП (а иногда и вокруг его гармоник) появляются чёткие боковые полосы с интервалами, равными 1x скорости вращения затронутой шестерни. Наличие этих боковых полос указывает на амплитудную модуляцию частоты зацепления вращением шестерни.

Ключевая особенность: Характерной особенностью является частота зацепления шестерен с выраженными боковыми полосами на частоте 1x. Эта картина боковых полос (пики, равномерно распределенные вокруг ГМП по скорости вращения) однозначно указывает на эксцентриситет шестерен или изгиб вала шестерни. Кроме того, основная частота колебаний шестерни (1x) может быть выше нормы.

Износ или повреждение зубьев шестерни

Описание спектра: Дефекты зубьев шестерен (например, износ или поломка зубьев) приводят к повышению вибрации на частоте зацепления шестерен и её гармониках. Спектр часто демонстрирует несколько пиков ГМП (1xГМП, 2xГМП и т.д.) высокой амплитуды. Кроме того, вокруг этих пиков ГМП возникают многочисленные боковые полосы частот, разнесённые частотой вращения вала. В некоторых случаях также может наблюдаться возбуждение собственных частот зубчатых передач (резонансы) боковыми полосами частот.

Краткое описание спектральных компонентов: Повышенные пики на частоте зацепления зубьев (частоте зубцового зацепления) и её гармониках (например, 2xGMF). Вокруг каждой основной гармоники GMF наблюдаются пики боковых полос, отстоящие друг от друга на 1x скорости вращения. Количество и размер боковых полос вокруг составляющих 1x, 2x, 3x GMF, как правило, увеличиваются с увеличением степени повреждения зубьев. В тяжёлых случаях могут появляться дополнительные пики, соответствующие резонансным частотам зубьев (с собственными боковыми полосами).

Ключевая особенность: Отличительным признаком являются множественные высокоамплитудные гармоники частоты зацепления зубчатых передач, сопровождающиеся плотными боковыми полосами. Это указывает на неравномерное прохождение зубьев из-за износа или поломки зуба. Сильно изношенная или поврежденная шестерня будет иметь обширные боковые полосы (с интервалом 1x частоты вращения) вокруг пиков частоты зацепления, что отличает ее от исправной шестерни (у которой спектр был бы более чистым, сосредоточенным в области GMF).

Что делать: Появление частот, связанных с зубчатыми передачами, требует более пристального внимания. Рекомендуется проверить состояние масла в редукторе на наличие металлических частиц и запланировать осмотр редуктора для оценки износа или повреждения зубьев.

Важно понимать, что в реальных условиях машины редко страдают от одной неисправности. Очень часто спектр представляет собой комбинацию признаков нескольких дефектов, таких как дисбаланс и перекос. Это может сбить с толку начинающего диагноста. В таких случаях действует простое правило: сначала устраняйте проблему, соответствующую пику с наибольшей амплитудой. Часто одна серьёзная неисправность (например, сильный перекос) вызывает вторичные проблемы, такие как повышенный износ подшипников или ослабление крепёжных элементов. Устранив первопричину, можно значительно снизить проявление вторичных дефектов.

Раздел 4: Практические рекомендации и дальнейшие шаги

Освоив основы интерпретации спектров, вы сделали первый и самый важный шаг. Теперь необходимо интегрировать эти знания в повседневную практику технического обслуживания. Этот раздел посвящен переходу от разовых измерений к систематическому подходу и использованию полученных данных для принятия обоснованных решений.

4.1 От единичных измерений к мониторингу: сила тенденций

Отдельный спектр — это всего лишь «мгновенный снимок» состояния машины в данный момент времени. Он может быть очень информативным, но его истинное значение раскрывается при сравнении с предыдущими измерениями. Этот процесс называется мониторингом состояния или анализом тренда.

Идея очень проста: вместо того, чтобы судить о состоянии машины по абсолютным значениям вибрации («хорошо» или «плохо»), вы отслеживаете, как эти значения меняются с течением времени. Медленное, постепенное увеличение амплитуды на определённой частоте указывает на систематический износ, а резкий скачок — сигнал тревоги, указывающий на быстрое развитие дефекта.

Практический совет:

• Создайте базовый спектр: Проведите тщательное измерение на новом, недавно отремонтированном или заведомо исправном оборудовании. Сохраните эти данные (спектры и числовые значения) в архиве программы «Балансет-1А». Это ваш «контрольный показатель работоспособности» данного оборудования.
• Установить периодичность: Определите периодичность проведения контрольных измерений. Для критически важного оборудования это может быть раз в две недели, для вспомогательного — раз в месяц или квартал.
• Обеспечить повторяемость: Каждый раз измерения следует проводить в одних и тех же точках, в одних и тех же направлениях и, по возможности, при одних и тех же условиях работы машины (нагрузка, температура).
• Сравните и проанализируйте: После каждого нового измерения сравнивайте полученный спектр с базовым и предыдущим. Обращайте внимание не только на появление новых пиков, но и на увеличение амплитуды уже существующих. Резкое увеличение амплитуды любого пика (например, в два раза по сравнению с предыдущим измерением) является достоверным признаком развивающегося дефекта, даже если абсолютное значение вибрации всё ещё находится в допустимых пределах согласно стандартам ISO.

4.2. Когда следует сбалансировать ситуацию, а когда искать другую причину?

Конечная цель диагностики — не просто обнаружение дефекта, а принятие правильного решения о необходимых действиях. На основе спектрального анализа можно построить простой и эффективный алгоритм принятия решений.

Алгоритм действий на основе спектрального анализа:

1. Получите высококачественный спектр с помощью Balanset-1A, желательно в режиме «Диаграммы» (F8), проводя измерения как в радиальном, так и в аксиальном направлениях.
2. Определите пик с наибольшей амплитудой. Он указывает на основную проблему, которую следует решить в первую очередь.
3. Определите тип неисправности по частоте этого пика:
   • Если доминирует пик 1x: Наиболее вероятная причина — дисбаланс.
     Действие: Провести процедуру динамической балансировки с использованием функционала прибора «Балансет-1А».
   • Если доминирует пик 2x (особенно если он высок в аксиальном направлении): Наиболее вероятная причина — несоосность валов.
     Действие: Балансировка неэффективна. Необходимо остановить агрегат и провести центровку валов.
   • Если наблюдается «лес» из множества гармоник (1x, 2x, 3x,...): Наиболее вероятная причина — механическая неплотность.
     Действие: Проведите визуальный осмотр. Проверьте и затяните все крепёжные болты. Осмотрите раму и фундамент на наличие трещин.
   • Если несинхронные пики доминируют в диапазоне средних или высоких частот: Наиболее вероятная причина — дефект подшипника качения.
     Действие: Проверьте смазку в подшипниковом узле. Начните планировать замену подшипника. Увеличьте частоту мониторинга этого узла, чтобы отслеживать скорость развития дефекта.
   • Если доминирует частота зацепления зубчатых передач (ГМП) с боковыми полосами: Наиболее вероятная причина — дефект шестерни.
     Действие: Проверьте состояние масла в редукторе. Запланируйте осмотр редуктора, чтобы оценить износ и повреждение зубьев.

Этот простой алгоритм позволяет перейти от абстрактного анализа к конкретным целенаправленным действиям по техническому обслуживанию, что является конечной целью всех диагностических работ.

Заключение

Прибор «Балансет-1А», изначально разработанный как специализированный инструмент для балансировки, обладает значительно более широкими возможностями. Возможность получения и отображения спектров вибрации превращает его в мощный виброанализатор начального уровня. Данная статья призвана стать связующим звеном между эксплуатационными возможностями прибора, описанными в руководстве, и фундаментальными знаниями, необходимыми для интерпретации полученных данных в ходе сеансов виброанализа.

Освоение базовых навыков спектрального анализа — это не просто изучение теории, а приобретение практического инструмента для повышения эффективности работы. Понимание того, как различные неисправности — дисбаланс, перекос, люфт и дефекты подшипников — проявляются в виде уникальных «отпечатков» на спектре вибрации, позволяет заглянуть внутрь работающего механизма, не разбирая его.

Основные выводы из этого руководства:

• Вибрация — это информация. Каждый пик в спектре несет информацию о конкретном процессе, происходящем в механизме.
• БПФ — ваш переводчик. Быстрое преобразование Фурье переводит сложный и хаотичный язык вибрации в простой и понятный язык частот и амплитуд.
• Диагностика — это распознавание образов. Научившись определять характерные спектральные закономерности основных дефектов, вы сможете быстро и точно определить основную причину повышенной вибрации.
• Тенденции важнее абсолютных значений. Регулярный мониторинг и сравнение текущих данных с исходными данными являются основой прогностического подхода, позволяющего выявлять проблемы на самой ранней стадии.

Путь к становлению уверенного и компетентного специалиста по виброанализу требует времени и практики. Не бойтесь экспериментировать, собирать данные с различного оборудования и создавать собственную библиотеку «спектров здоровья» и «спектров заболеваний». Это руководство даст вам карту и компас. Используйте Balanset-1A не только для «лечения» симптомов балансировкой, но и для постановки точного «диагноза». Такой подход позволит вам значительно повысить надёжность вашего оборудования, сократить количество аварийных остановок и выйти на качественно новый уровень обслуживания.