Метод ударных импульсов

84. Основные повреждения подшипников качения в эксплуатационных условиях. Подшипниковые узлы, являясь неотъемлемой частью современных машин и механизмов, часто лимитируют их ресурс. Из-за отсутствия доступа к подшипниковым узлам во время эксплуатации большое внимание уделяется поиску методов их безразборной диагностики, в первую очередь виброакустических, тем более, что надежность работы подшипников качения зависит от вибрационного состояния и точности изготовления последних.

Повреждения подшипников в эксплуатационных условиях могут быть условно разделены на следующие группы:

- разрушения от усталости материала;

- повреждения от повышенного износа;

- разрушения, вызываемые изменением зазоров и посадок между деталями подшипников и опорами ротора;

- повреждения из-за недостаточности или прекращения подачи смазочного материала.

Усталостное разрушение подшипников качения проявляется в виде выкрашивания материала дорожек колец и тел качения и может происходить из-за чрезмерно больших нагрузок и частот вращения.

Износ деталей подшипника выше допустимого, особенно тел качения и поверхности колец, приводит к увеличению радиальных зазоров, вызывающих смещение ротора.

Изнашивание гнезд сепаратора происходит в результате неправильного монтажа подшипников, от действия больших осевых нагрузок, от выкрашивания дорожек качения и других причин. Наряду с изнашиванием имеются случаи усталостного разрушения сепаратора, появления трещин и разрывов перемычек и сепаратора.

При некоторых условиях работы возможно проскальзывание внутреннего кольца подшипника относительно тел качения, что приводит к износу поверхностей качения.

Определенное место среди разрушений подшипников качения занимает масляное голодание, приводящее к оплыванию и изнашиванию тел качения, наволакиванию материала на поверхности беговых дорожек, изнашиванию сепаратора.

Существует множество методов диагностирования подшипников качения. В последнее время широкое распространение получил метод ударных импульсов. Этот метод позволяет определить категорию состояния подшипникового узла в целом, без выявления дефектов отдельных элементов подшипника.

 

85. Сущность метода ударных импульсов. Метод ударных импульсов – SPM (Shock Pulse Method), разработан и запатентован шведской фирмой SKF для диагностирования подшипниковых узлов.

Метод SPM в первоначальном варианте предназначался для оценки ТС подшипников качения. В дальнейшем диапазон возможностей метода был расширен диагностикой различных узлов и механизмов, в которых имеет место соударение деталей, например, в форсунках и топливных насосах дизелей.

Сущность метода SPM показана на примере работы подшипника качения (рис.20). При вращении подшипников качения в результате ударов элементов качения о беговые дорожки возникают ударные импульсы, распространяющиеся как в самом подшипнике, так и в его корпусе в виде волны сжатия. При незначительных отклонениях формы и размеров деталей подшипника механические удары характеризуются низким уровнем. При наличии дефектов уровень ударных импульсов увеличивается, что характеризует изменение состояния подшипника. Уровень ударных импульсов измеряется на корпусе подшипника с помощью щупа 1, на конце которого устанавливается специальный датчик ударных импульсов. Он представляет собой пьезоэлектрический преобразователь на частоте порядка 30 кГц. В результате обработки сигнала волны напряжений преобразуется в аналоговый импульс, амплитуда которого является функцией скорости механического удара. Сигналы от датчика поступают в измерительный прибор 2, где они сравниваются с предварительно установленным вращением шкалы 3 значением ударных импульсов, соответствующих новому подшипнику. Звуковой сигнал прослушивается с помощью динамика 4 или наушников 5. Значение уровня ударных импульсов оценивается в децибелах по шкале 6 прибора.

Рис.20. Измеритель ударных импульсов SPM-43A

86. Параметры, характеризующие уровень ударных импульсов. При анализе уровня и характера ударных импульсов приняты следующие условные обозначения (рис. 21). Величина характеризует уровень ударных импульсов в децибелах, представляющих собой абсолютное значение импульсов, исходящих от подшипника. Шкала называется шкалой абсолютных значений или ненормированной шкалой.

Рис.21. Обозначение уровней ударных импульсов

- =

Величина характеризует уровень ударных импульсов идеального, нового подшипника, то есть уровень естественного фона нового подшипника. Значение определяется опытным путем на основе замера импульсов у большого числа шариковых и роликовых подшипников. Уровень зависит от частоты вращения и от внутреннего диаметра подшипника . Значение может быть определено по номограмме (рис. 22).

Величина - нормированная величина ударных импульсов. В процессе эксплуатации подшипника уровень ударных импульсов увеличивается и для оценки состояния подшипника используют шкалу нормированных значений, где за исходное (нулевое) значение принимают :

На рис. 23 приведено типовое развитие уровня ударных импульсов при износе подшипника. Нормированные значения ударных импульсов приводятся на логарифмической шкале. Между значениями 0 и 60 дБ по шкале уровень ударных импульсов увеличивается в 1000 раз.

Рис.22. Определение уровня естественного фона нового подшипника

На диаграммах рис. 23 приведены характерные значения уровня ударных импульсов, где выделены уровни и . Под величиной понимают уровень ударных импульсов, слышимый с помощью наушников как непрерывный звуковой тон на грани перехода в очень частые, следующие друг за другом звуковые сигналы (рис. 24), и представляющий собой собственный фон подшипника. Величина - это максимальное значение ударных импульсов, генерируемых в подшипнике.

Рис.23. Типовое развитие износа подшипника

Рис.24. Характер звукового сигнала при определении прибором SPM-43A

87. Технические средства для измерения ударных импульсов. До появления приборов, определяющих уровни ударных импульсов, состояние подшипников оценивалось качественно на слух (подшипник «шелестит», «гремит»), то есть фиксировался дефект в состоянии, близком к предельно допустимому.

В результате разработки метода SPM появилась возможность давать количественную оценку ТС подшипников по уровню ударных импульсов.

В приборах первого поколения (типа SPM-43A) воспринятый датчиком сигнал обрабатывается, а уровень этого сигнала сравнивается оператором на слух с заданными значениями на шкале прибора. При этом требуется определенный навык оператора для распознавания уровней и . По полученным значениям и оператор выполняет анализ результатов с использованием алгоритма распознавания ТС подшипников в виде технологической инструкции.

На последующим этапе развития метода SPM появляются приборы типа ВЕА-52, которые освобождают оператора от распознавания на слух уровней и , а значения указанных диагностических параметров можно прочитать на дисплее прибора. Кроме того, благодаря встроенной в прибор программе, значения ударных импульсов автоматически обрабатываются и прибор выполняет расчет дополнительных диагностических параметров для анализа ТС подшипников. Для прибора ВЕА-52 это:

CODE – код состояния подшипникового узла и качества смазки;

LUB – толщина масляной пленки в микродюймах;

COND – условный номер ТС подшипника.

Новейшие образцы диагностических приборов (анализатор состояния подшипников BAS – 10 фирмы SPM Instrument) позволяют значительно расширить возможности оператора по диагностированию подшипников. Прибор обладает следующими возможностями: определяет ТС подшипников, анализирует состояние смазки, накапливает в памяти результаты измерений, дает графическое изображение результатов измерений, выполняет распечатку данных, может быть подключен к ПЭВМ.

При диагностировании подшипников следует учитывать тот факт, что глубина анализа зависит в первую очередь от технологии выполнения замеров, выбора точек замера, учета возможных наведенных сигналов от других узлов механизмов, то есть от достоверности полученных сигналов. Соблюдение указанных условий обязательно при использовании приборов любых поколений и особую роль при этом играет опыт оператора.

С 1990 года фирма SPM выпускает более совершенные приборы Т2000 и Т2010. Прибор Т2000 – цифровой, совмещает индикатор ударных импульсов SPM 43A, виброметр общего уровня VIB10 и тахометр ТАС-10.

Прибор Т2010, кроме функций прибора Т2000 исполняет функции прибора ВЕА-52.

88. Факторы, влияющие на значение уровня ударных импульсов. Характер изменения виброакустических сигналов, измеренных на подшипниковом узле механизма, может зависеть от ряда факторов.

Во-первых, уровень ударных импульсов зависит от состояния контактирующих поверхностей (абразивное изнашивание, выкрашивание, задиры, трещины). В этом случае говорят об изменении ТС подшипника.

Во-вторых, характер и уровень ударных импульсов существенно зависит и от условий, в которых эксплуатируется подшипник. К таким условиям относят качество монтажа подшипника, состояние смазки, наличие повышенных вибрационных процессов подшипникового узла, которые могут привести к повышенным значениям ударных импульсов даже при эксплуатации подшипника с хорошим ТС его деталей.

Кроме указанных выше факторов высокие значения измеренных сигналов в подшипнике могут являться следствием наложения импульсов от других подшипников или узлов механизма (удары, задиры, кавитация и т. п.).

Метод SPM не дает возможности точно выделить дефект той или иной детали подшипника, однако позволяет оценивать степень развития в нем деградационных процессов. Такой подход имеет право на существование в связи с тем, что при потере работоспособности механизма обслуживающему персоналу безразлично, что в подшипнике вышло из строя, важно, что его надо заменить. Следует иметь в виду возможность наложения сигнала, поэтому должен быть выполнен тщательный анализ измеренных сигналов, чтобы не принять их только за ударные импульсы, вызванные деградационными процессами диагностируемого подшипника.