Дијагностиковање дефекта лежајева
Дефекти лежаја су микроскопске или макроскопске грешке — пукотине, љуспање или рупице — на радним површинама котрљајућег лежаја. Пошто су котрљајући лежајеви фундаментални за већину машина са ротационим компонентама и честа тачка неисправности, рана детекција ових грешака је један од задатака највеће вредности у Анализа вибрација. Дефект производи понављајући, периодични ударац сваки пут када котрљајући елемент прође преко њега, и та периодичност је управо оно што чини грешке видљивом у спектар дуго пре него што се лежај прегреје или постане чујан.
1. Природа дефеката лежајева
Типичан котрљајући лежај се састоји од четири дела: спољашње прстена, унутрашњег прстена, скупа куглица или ваљака, и кавеза који чува елементе равномерно размакнуте. Дефект је грешка на било којој од ових површина. Када котрљајући елемент прође преко њега, контакт ствара мали, оштар, високофреквенцијски ударац — “клик.” Један клик носи веома мало енергије, али се удари понављају на сваком пролазу, стварајући јако периодични сигнал. Анализа вибрација је изузетно добра у препознавању оваквих понављајућих удараца, због чега се лош лежај може ухватити месецима унапред уместо у тренутку блокаде.
2. Четири основне фреквенције кварова
Основа дијагностике лежаја је што је за дату геометрију лежаја и брзину вратила, удари се јављају на веома специфичним, предвидивим брзинама. Ове фреквенције кварова лежајева су:
- БПФО (Фреквенција пролаза куглице, вањска трака): брзина проласка котрљајућих елемената преко једне тачке на непокретном спољашњем прстену. То је најчешће опажена фреквенција дефекта лежаја.
- БПФИ (Фреквенција пролаза куглице, унутарња трака): брзина проласка елемената преко тачке на унутрашњем прстену. Пошто се унутрашњи прстен ротира са вратилом, BPFI је виши од BPFO.
- БСФ (Учестаност ротације куглица): фреквенција на којој се котрљајући елемент ротира око своје осе. Грешка BSF често показује енергију на дупло овој брзини, јер грешка удара оба прстена у свакој револуцији елемента.
- ФТФ (Основна учестаност реда): ротациона фреквенција кавеза, или “воза.” То је веома ниска фреквенција, обично мања од 0.5X радна брзина.
Те брзине зависе од геометрије лежаја — пречника подеоног круга, пречника котрљајућег елемента, угла контакта и броја елемената — заједно са брзином вратила. Софтвер за анализу вибрација обично садржи велику базу података лежаја и аутоматски их израчунава, и могу бити израчунати директно са калкулатор учестаности дефекта лежаја када је број лежаја или димензије познате.
3. Како се дефекти лежајева појављују у спектру
Развијајући се дефект оставља карактеристичан облик у БФТ спектар:
- Врхови високих фреквенција: сама фреквенција грешке (на пример BPFO) се појављује као врх далеко горе у опсегу фреквенције, даље од врхова ниско-редног ротацијског кретања.
- Хармоници: оштра, импулсивна природа удара обично генерише неколико хармоника — тачне вишекратнике — фреквенције грешке, и дуга низа њих указује на добро развијену грешку.
- Бочне траке: ово је критични дијагностички маркер. Врх фреквенције грешке је обично фланкирам бочним тракама размакнуте на 1X брзини окретања. BPFO врх са 1X бочним тракама је класична сигнатура спољашњем прстену, док дефект унутрашњег прстена (BPFI) готово увек има 1X бочне траке јер се ротацијска грешка креће унутар и ван зоне оптерећења лежаја једном по револуцији, модулирајући јачину удара.
У најранијим фазама ови врхунци су мали и лако се губе у шуму спектра, што је разлог зашто се обично примењује специјализована техника детекције.
4. Анализа сигнала за рано откривање
Анализа обвојнице, позната и као демодулација, је најмоћнија метода за хватање дефекта лежаја у раној фази. То је техника обраде сигнала која band-pass филтром издваја нискофреквентне вибрације са великом енергијом из извора као што су неравнотежа и неусклађеност, а затим се фокусира искључиво на високофреквентне ударце мале енергије које производи грешка. Понављајући ударци побуђују природне фреквенције структуре, а обрада сигнала екстрактује стопу понављања тог побуђивања.
Настали спектар омотача је изузетно „чист," јасно приказујући фреквенције дефекта лежаја и њихове хармонике на ниској позадини. То омогућава детекцију месецима — понекад годинама — пре него што би лежај иначе отказао, пружајући временске резерве које омогућавају планску замену уместо хитног прекида у раду.
5. Потврђивање дијагнозе на терену
Поуздана процена дефекта лежаја почива на усклађивању измерених врхунаца са израчунатим фреквенцијама дефекта и потврђивању очекиваног патерн-а бочних фреквенција, идеално подржаног спектром сигнала и јасним усходним трендом кроз узастопна мерења. Преносива двоканалска инструментација као што је Balanset-1A омогућава инжењеру да сними спектар на машини у њеним лежајима при радној брзини, тако да се сумњиви дефект лежаја може проверити на терену насупрот његових предвиђених фреквенција. Такође је корисно искључити сличне грешке: структурни лабавост и дефекти ваљчића могу подићи броадбанд енергију, али само истински дефект лежаја се поклапа са BPFO, BPFI, BSF или FTF породицама.
