Chẩn đoán lỗi ổ trục
Khuyết tật ổ trục là những lỗi vi mô hoặc vĩ mô — vết nứt, vết bong tróc hoặc vết hõm — trên các bề mặt làm việc của vòng bi cuộn. Vì vòng bi cuộn là thành phần cơ bản của hầu hết các máy móc quay và là một điểm lỗi thường gặp, việc phát hiện sớm những lỗi này là một trong những công việc có giá trị cao nhất trong Phân tích rung động. Một lỗi tạo ra một tác động định kỳ, lặp lại mỗi khi một phần tử cuộn đi qua nó, và sự định kỳ chính xác đó là điều làm cho lỗi trở nên rõ ràng trong quang phổ sớm hơn nhiều so với khi vòng bi quá nóng hoặc bắt đầu phát ra tiếng ồn.
1. Bản chất của khuyết tật ổ trục
Một vòng bi cuộn điển hình bao gồm bốn phần: vòng ngoài, vòng trong, một bộ bi hoặc con lăn, và một lồng giữ các phần tử cách đều nhau. Một lỗi là một khuyết điểm trên bất kỳ bề mặt nào. Khi một phần tử cuộn đi qua nó, sự tiếp xúc tạo ra một tác động nhỏ, sắc nét, tần số cao — một “tiếng click.” Một tiếng click duy nhất mang năng lượng rất ít, nhưng những tác động lặp lại trên mỗi lần đi qua, tạo thành một tín hiệu mạnh mẽ và định kỳ. Phân tích rung động đặc biệt tốt trong việc phát hiện loại tác động lặp lại này, đó là lý do tại sao một vòng bi đang xấu đi có thể được phát hiện hàng tháng trước thay vì ở điểm trục trặc.
2. Bốn tần số lỗi cơ bản
Nền tảng của chẩn đoán vòng bi là các tác động xảy ra ở những tốc độ rất cụ thể, có thể dự đoán được cho một hình học vòng bi và tốc độ trục nhất định. Những tần số lỗi ổ trục are:
- BPFO (Tần số vượt qua vòng ngoài): tốc độ mà tại đó các phần tử cuộn đi qua một điểm trên vòng ngoài đứng yên. Đây là tần số lỗi vòng bi được quan sát phổ biến nhất.
- BPFI (Tần số vượt qua vòng trong): tốc độ mà tại đó các phần tử đi qua một điểm trên vòng trong. Vì vòng trong quay cùng với trục, BPFI cao hơn BPFO.
- BSF (Tần số quay của bi): tần số mà tại đó một phần tử cuộn quay về trục của chính nó. Một lỗi BSF thường hiển thị năng lượng ở tần số gấp đôi, vì lỗi tác động cả hai vòng trên mỗi vòng quay của phần tử.
- FTF (Tần số Cơ bản Của Tàu — Fundamental Train Frequency): tần số quay của lồng, hoặc “tàu.” Đây là một tần số rất thấp, thường nhỏ hơn 0,5X tốc độ vận hành.
Những tỷ lệ này phụ thuộc vào hình học của vòng bi’s — đường kính bước, đường kính phần tử quay, góc tiếp xúc và số lượng phần tử — cùng với tốc độ trục. Phần mềm phân tích rung động thường chứa cơ sở dữ liệu vòng bi lớn và tính toán chúng tự động, và chúng có thể được tính toán trực tiếp bằng Công cụ tính tần suất lỗi vòng bi khi biết số phần vòng bi hoặc kích thước.
3. Lỗi vòng bi xuất hiện như thế nào trong quang phổ
Một khiếm khuyết đang phát triển để lại một mô hình đặc trưng trong Phổ FFT:
- Đỉnh tần số cao: tần số lỗi chính nó (ví dụ BPFO) xuất hiện dưới dạng đỉnh cao trong phạm vi tần số, cách xa các đỉnh quay ở thứ tự thấp.
- Sóng hài: bản chất sắc nét, mang tính xung kích của các tác động thường sinh ra một số harmonics — bội số chính xác — của tần số lỗi, và một chuỗi dài chúng cho thấy một vết nứt phát triển tốt.
- Dải bên: đây là dấu hiệu chẩn đoán quan trọng. Đỉnh tần số lỗi thường được bao quanh bởi các dải biên được khoảng cách 1X tốc độ chạy. Đỉnh BPFO có các dải biên 1X là một chữ ký của vòng ngoài điển hình, trong khi một khiếm khuyết vòng trong (BPFI) hầu như luôn mang theo các dải biên 1X vì vết nứt quay di chuyển ra vào vùng tải của vòng bi một lần trên mỗi vòng quay, điều chỉnh cường độ tác động.
Ở giai đoạn sớm nhất, những đỉnh này nhỏ và dễ dàng chôn vùi trong sàn tiếng ồn của phổ, đó là lý do tại sao một kỹ thuật phát hiện chuyên biệt thường được áp dụng.
4. Phân tích bao cho Phát hiện Sớm
Phân tích đường bao, còn được gọi là giải điều chế, là phương pháp mạnh nhất để bắt các khiếm khuyết vòng bi giai đoạn sớm. Đây là một kỹ thuật xử lý tín hiệu lọc dải thông lực để loại bỏ rung động tần số thấp, năng lượng cao từ các nguồn như mất cân bằng and sự không thẳng hàng, sau đó tập trung hoàn toàn vào các tác động tần số cao, năng lượng thấp mà vết nứt sinh ra. Các tác động lặp lại làm rung các tần số tự nhiên của cấu trúc, và xử lý bao trích xuất tốc độ lặp lại của sự rung đó.
The resulting phổ bao là “sạch” đáng kỳ diệu, hiển thị tần số lỗi vòng bi và các harmonics của chúng rõ ràng so với nền tảng thấp. Điều này cho phép phát hiện hàng tháng — đôi khi hàng năm — trước khi vòng bi sẽ thất bại, cung cấp thời gian dẫn tiên cho phép thay thế được lên kế hoạch thay vì một sự cố khẩn cấp.
5. Xác nhận Chẩn đoán trong Lĩnh vực
Một kết luận đáng tin cậy về khiếm khuyết vòng bi dựa trên việc khớp các đỉnh đo được với các tần số khiếm khuyết được tính toán và xác nhận mẫu dải biên dự kiến, lý tưởng là được hỗ trợ bởi phổ bao gồm và xu hướng tăng rõ ràng trên các phép đo liên tiếp. Một thiết bị di động hai kênh như Balanset-1A cho phép một kỹ sư chụp phổ trên máy trong các vòng bi riêng của nó ở tốc độ hoạt động, vì vậy một khiếm khuyết vòng bi được nghi ngờ có thể được kiểm tra tại hiện trường so với các tần số dự đoán của nó. Cũng đáng để loại trừ những cái trông giống nhau: cấu trúc sự lỏng lẻo và những khiếm khuyết của các yếu tố lăn có thể cả hai làm tăng năng lượng dải rộng, nhưng chỉ một khiếm khuyết vòng bi thực sự phù hợp với các họ BPFO, BPFI, BSF hoặc FTF.
