ДЕФЕКТ-ФАКТОР :

Специализированный инструмент для мониторинга состояния подшипников качения.

1 ВВЕДЕНИЕ

Подшипники качения – один из основных узлов в машинах роторного типа. Так как период их службы ограничен, они являются критической деталью машины. Таким образом, мониторинг их состояния очень важен с точки зрения подержания хорошей работоспособности промышленного оборудования.

 

Этот документ имеет целью описание процесса деградации подшипников качения и анализ его влияния на вибрационное поведение подшипника. Затем мы увидим, как в дефект-факторе используются эти особенности, чтобы обеспечить надёжный и удобный в применении инструмент мониторинга.

2 ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Подшипники качения имеют две обоймы (внутреннюю и наружную) одна из них неподвижна, а другая вращается с ротором. Между ними располагаются вращающиеся элементы – шарики или ролики (далее шарикоподшипником называется как шариковый, так и роликовый подшипник).

 

Долговечность подшипника определяется усталостью материала поверхности. Она имеет место из-за напряжений, возникающих при многоразовых прокатываниях шариков по каждому из колец. Появляются микротрещины, а вслед за ними дефекты контактирующей поверхности (первая стадия). 

Первый дефект «постукивает» по другим поверхностям и, тем самым, форсирует образование новых дефектов (вторая стадия).

Этот процесс развивается более или менее быстро, в зависимости от:

 

  • собственной стойкости шарикоподшипника,
  • качества монтажа,
  • смазки,
  • нагрузки,
  • скорости вращения,
  • тугости посадки, которая ведёт к недостаточной смазке и износу внешних элементов.

3 ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИИ

Когда, к примеру, шарик попадает в зону дефекта, контактирование становится грубым, ударным и в результате получаем специфическую осциллограмму вибрации:

Спектр такого сигнала занимает широкую полосу частот:

        Осциллограмма ударного взаимодействия                              Спектр ударного взаимодействия 

Реально, для контроля состояния шарикоподшипников используют только высокочастотный диапазон, поскольку низкие частоты могут возбуждаться другими дефектами машины (дисбалансом, несоосностью и т.д.). Частотный диапазон выделяется с помощью фильтра верхних частот.

Необработанный вибрационный сигнал                                     Высокочастотная часть вибросигнала

 

            (дефект шарикоподшипника)

В следующей таблице показывается, как меняется высокочастотный сигнал при деградации шарикоподшипника.

4 ПИКОВОЕ ЗНАЧЕНИЕ И СКЗ

Рассмотрим теперь изменения этих двух часто используемых параметров:

Пиковое значение (ПЗ) это максимальное значение ударного импульса. Этот признак начинает расти как только появляется первое повреждение и продолжает расти на второй стадии. На третьей стадии он остаётся постоянным.

Типичное поведение ПЗ

 

 

 

  • СКЗ зависит от энергии сигнала, т.е. от амплитуды импульсов (но менее сильно, чем ПЗ) и от их числа. Этот параметр не меняется заметно на первой стадии, начинает возрастать на второй и продолжает расти на третьей стадии.

Типичное поведение СКЗ

 

Итак, мы видим, что ПЗ является признаком зарождающихся дефектов подшипника. Это важный инструмент предупредительного обслуживания, но на третьей стадии он не является чувствительным признаком.

СКЗ не информативно на начальных стадиях, но позволяет отслеживать состояние подшипника на третьей стадии.

Помимо всего, ПЗ и СКЗ имеют один общий недостаток. Измеренный уровень зависит от следующих параметров:

  • Размеров подшипника качения,
  • нагрузки,
  • скорости вращения.

 

Необходимо принимать во внимание и эти данные для определения порогов тревоги.

5 ПИК-ФАКТОР

Пик-фактор (ПФ) – это отношение ПЗ к СКЗ:

 

ПФ = ПЗ / СКЗ

 

Этот признак меньше зависит от перечисленных выше параметров (размеров, нагрузки, скорости,…). Он зависит от формы сигнала, а не от амплитуды: это фактор формы.

Например, если нагрузку удвоить, то амплитуда импульса тоже удвоится. Это одинаково скажется на величине ПЗ и СКЗ. На значении ПФ, который равен отношению между ними, это не скажется.

Поведение ПФ легко выводится из зависимостей для ПЗ и СКЗ.

Типичное поведение ПФ

 

ПФ также способствует раннему обнаружению. Но тип поведения (рост и убывание) делает этот признак трудным в использовании. По одному только измерению нельзя сказать, находится подшипник на ранней или на последней стадии деградации. Простое сравнение с тревожными уставками, как метод мониторинга, не подходит. Нужно дополнить данными о направлении изменения. Это потребует слишком много измерений и обработки с учётом истории этих измерений.

 

 

6 ДЕФЕКТ-ФАКТОР

Дефект-фактор (ДФ) – это комбинация параметров, сохраняющая преимущества каждого из них:

 

ДФ = a × ПФ + b × СКЗ

 

Эта аналитическая модель была построена для охвата большого количества ситуаций, представляемых разнообразными типами промышленного оборудования.

 

ДФ имеет следующие характеристики:

§  Величина фактора изменяется в пределах от 0 до 12

§  Early detection Раннее обнаружение

§  Рост на всех трёх стадиях

§  Очень слабая зависимость от таких параметров, как скорость вращения, нагрузка, размер. Это является преимуществом при установлении порогов (от 5 до 6 для предупреждения и от 8 до 9 для тревоги)

 

§  Легко использовать и быстро определять состояние подшипника

 

Анализ результатов использования ДФ разнообразном машинном парке (Французские электростанции EDF, автозаводы PSA (Пежо/Ситроен). Оказалось, что:

 

  • Все дефекты шарикоподшипников были обнаружены
  • Почти 90% ремонтных операций после тревоги были оправданными

§  Среди оставшихся 10% мы выявили следующие случаи:

-   Дефект имел место в близлежащем элементе. В этом случае ремонт машины оправдан.

 

- Специфическое поведение некоторых подшипников, главным образом, имевших большие габариты, и которые работают в результате в условиях натяга. Поскольку они выявлены, их надо контролировать с помощью специальных процедур. 

 

7 Выводы

Свойства дефект-фактора даёт в руки оператора инструмент, специально рассчитанный для диагностики шариковых и роликовых подшипников. Они могут быть сведены в следующую таблицу:

 

Свойства дефект-фактора

Преимущества

Раннее обнаружение    ----------->

 

Всегда растёт               ----------->

 

Абсолютный фактор       ------------>


Предупредительное обслуживание

 

Легко контролируется

 

Легко задать