Chẩn đoán lỗi bánh răng bằng phân tích rung động
Gear defects là các chế độ hỏng hóc và mài mòn — mài mòn răng, nứt, tính lệch tâm, sai kích hoạt — phát triển trong các bộ truyền động phía sau được sử dụng để truyền công suất trong các máy công nghiệp. Việc các răng của bánh răng ăn khớp với nhau là một quá trình vốn dĩ ồn ào và rung động, vì vậy các bánh răng lành mạnh tạo ra một chữ ký rung động rất rõ ràng và ổn định; bất kỳ sai lệch nào từ chữ ký đó đều là chỉ báo mạnh mẽ của rắc rối. Bởi vì Phân tích rung động có thể phát hiện những sai lệch này ở giai đoạn rất sớm, nó bắt được các sự cố về bánh răng lâu trước khi chúng leo thang thành hỏng hóc thảm họa của một hộp truyền động.
1. Chữ ký rung động của bánh răng
Mỗi bộ truyền động phía sau có một dấu vân tay đặc trưng trong miền tần số, được thống trị bởi tốc độ mà tại đó các răng ăn khớp và xung quanh nó là hoạt động gắn liền với sự quay của mỗi trục. Vì vậy, phép đo đường cơ sở của một hộp truyền động lành mạnh là một trong những tài liệu tham khảo có giá trị nhất mà một chương trình độ tin cậy có thể nắm giữ: các sự cố được chẩn đoán không phải bằng một con số tuyệt đối mà bằng cách dạng sóng thời gian khác biệt so với chữ ký đã biết là tốt. Kỷ luật của chẩn đoán bánh răng phần lớn là kỷ luật đọc sai lệch đó một cách chính xác, đó là lý do tại sao bánh răng nổi bật rõ rệt trong giám sát tình trạng.
2. Tần số lưới bánh răng (GMF)
Tần số quan trọng nhất trong phân tích hộp số là Tần số ăn khớp bánh răng (GMF) — tốc độ mà tại đó các răng của hai bánh răng ăn khớp với nhau.
GMF = Số răng trên bánh răng × Tốc độ quay của bánh răng đó
Trong một hộp truyền động lành mạnh thì Phổ FFT cho thấy rõ ràng một đỉnh tại GMF, thường có một vài cực đại nhỏ sóng hài (2×GMF, 3×GMF). Biên độ của đỉnh GMF phản ánh tải trên bánh răng, vì vậy một đỉnh GMF cao trong chính nó không nhất thiết là một lỗi — nó có thể đơn giản có nghĩa là hộp số đang hoạt động nặng. Thông tin chẩn đoán thực sự nằm trong các tần số around đỉnh GMF, không phải trong chính đỉnh đó. Vì GMF phụ thuộc vào cả số lượng răng và tốc độ, nên dễ dàng nhầm lẫn bằng tay; một Máy tính Tần số Ăn khớp Bánh răng xác định GMF và các dải bên của nó cho một bộ bánh răng nhất định trong vài giây.
3. Sử dụng Dải Bên để Chẩn đoán Lỗi
Dải bên là công cụ mạnh nhất để chẩn đoán các vấn đề bánh răng cụ thể. Chúng là những đỉnh nhỏ xuất hiện ở hai bên của GMF và các sóng hài của nó, được tạo ra khi một lỗi điều biến quá trình ăn khớp. Manh mối quan trọng là spacing: khoảng cách giữa một dải bên và đỉnh GMF bằng tốc độ quay của trục mang bánh răng bị lỗi, ngay lập tức cho bạn biết đó là shaft to inspect.
- Bánh răng mài mòn hoặc không tâm: a worn, eccentric hoặc bánh răng bị lỗi điều biến GMF với tốc độ quay của chính nó, tạo ra các dải bên cách nhau tại running speed (1×) của trục bánh răng đó. Nếu các dải bên khớp với tốc độ trục đầu vào, lỗi nằm trên bánh răng đầu vào.
- Mài mòn răng tổng quát: sự mài mòn của bánh răng thường làm tăng biên độ của GMF và các sóng hài của nó, kèm theo các dải bên 1× từ bánh răng tương ứng.
- Răng nứt hoặc gãy: một răng bị nứt hoặc gãy tạo ra một đỉnh mạnh tại tốc độ chạy 1× của bánh răng đó, thường có nhiều sóng hài, cộng với các dải bên xung quanh GMF cách nhau tại tốc độ của bánh răng đó. Dạng sóng thời gian đặc biệt hữu ích ở đây — nó cho thấy một tác động riêng biệt, định kỳ mỗi khi răng bị hư hại cố gắng ăn khớp.
- Gear misalignment: sự không thẳng hàng của các bánh răng thường tạo ra một sóng hài 2×GMF cao, đôi khi cao hơn đỉnh GMF chính, một lần nữa kèm theo các dải bên tốc độ chạy.
Một hiệu ứng liên quan đáng biết là hunting-tooth frequency, tỷ lệ rất thấp mà một cặp răng cụ thể tái ăn khớp; các lỗi liên quan đến một răng xấu trên mỗi báng răng có thể kích thích nó.
4. Specialised Analysis Techniques
Vì rung động bánh răng rất phong phú, phân tích phổ tiêu chuẩn thường được tăng cường bằng các kỹ thuật tách biệt tín hiệu bánh răng:
- Time-waveform analysis: cần thiết để xác nhận các răng gãy hoặc nứt, chúng xuất hiện dưới dạng các tác động sắc nét, lặp lại đồng bộ với quay của bánh răng chứ không phải để lưới.
- Phân tích Cepstrum: một phép biến đổi nén tập hợp các dải bên được cách đều thành các thành phần đơn lẻ, dễ đọc, làm cho các mẫu dải bên trở nên rõ ràng khi chúng bị che khuất trong phổ FFT đầy đủ.
- Phân tích đường bao: giải điều chế tần số cao để lộ tốc độ tác động tần số thấp của một khiếm khuyết răng cục bộ, bổ sung cho bức tranh dải bên.
5. Các giai đoạn hư hỏng của bánh răng
Phân tích rung động có thể theo dõi sự tiến triển của lỗi bánh răng qua bốn giai đoạn có thể nhận ra, giúp các đội bảo trì có thời gian để lên kế hoạch can thiệp:
- Stage 1 (early): các dải bên nhỏ xuất hiện xung quanh GMF. Mức rung động tổng thể có thể không thay đổi gì.
- Stage 2 (moderate): các biên độ dải bên tăng lên, và các harmonics của GMF bắt đầu xuất hiện với các dải bên của chúng.
- Stage 3 (serious): GMF và các harmonics của nó mang nhiều dải bên lớn, tần số 1× của bánh răng có vấn đề bắt đầu tăng lên, và sàn nhiễu của phổ nâng cao.
- Stage 4 (catastrophic): GMF có thể biến mất, được thay thế bằng chữ ký rung động nhiễu, ngẫu nhiên khi các răng bị hư hỏng nặng nề hoặc bị phá hủy.
6. Áp Dụng Vào Thực Tế Tại Hiện Trường
Chẩn đoán bánh răng bắt đầu bằng một phép đo hiện trường sạch ở tốc độ và tải hoạt động. Một dụng cụ di động hai kênh như Balanset-1A nắm bắt phổ FFT và dạng sóng thời gian thô ở mỗi ổ trục, cho phép một kỹ sư xác định vị trí GMF, đọc khoảng cách dải bên để xác định lỗi đến một trục cụ thể, và quan sát dạng sóng để tìm tác động định kỳ đặc trưng của một răng gẫy — tất cả mà không cần mở hộp số. Nơi một hộp số cũng chuyển động hoặc hỗ trợ một rotor, cùng một dụng cụ xác minh rằng sự không cân bằng mang và rung động liên quan đến mất cân bằng nằm trong các giới hạn của các tiêu chuẩn như ISO 20816, vì vậy lỗi bánh răng được xác nhận không bị che khuất bởi các nguồn không liên quan. Nếu phát hiện ở Giai đoạn 1 hoặc 2, khiếm khuyết bánh răng trở thành một sửa chữa theo lịch trình thay vì một sự cố không lên kế hoạch.
