Контрольноиспытательные станции железнодорожного транспорта (стр. 16 из 24)
СЛАБЫЙ ДЕФЕКТ – обнаружены признаки зарождающегося дефекта не препятствующие дальнейшей эксплуатации;
СРЕДНИЙ ДЕФЕКТ – зарождающийся дефект, за которым следует продолжить наблюдение при дальнейшей эксплуатации);
СИЛЬНЫЙ ДЕФЕКТ – развитый дефект, который требует ограничения по срокам следующей проверки;
ЗАМЕНИТЬ ПОДШИПНИК – дальнейшая эксплуатация подшипника может привести к его разрушению.
Рис. 7.1 Классификационные состояния подшипника
Пороговые значения относительной количественной оценки для каждого из классификационных состояний подшипника устанавливаются пользователем при конфигурации программы и могут быть уточнены в процессе эксплуатации при достаточно большом количестве статистического материала (не менее тридцати экспертных оценок для каждого уточняемого порога дефекта по степени его развития).
Количественная оценка остаточного ресурса подшипников (срок очередного диагностирования) определяется программой в зависимости от вида обнаруженного дефекта, степени его развития и от значения общего ресурса подшипника, установленного в данном конкретном узле. Для локомотивов установлены следующие соотношения между степенью развития дефекта и сроком следующего диагностирования:
· при слабом дефекте – следующий срок диагностирования через один ТО 3;
· при среднем дефекте – следующее диагностирование на следующем ТО 3
· при сильном дефекте – следующее диагностирование при любом очередном заходе локомотива на ТО или ТР.
Рис. 7.2 Вид разрушенного роликового подшипника
Остаточный ресурс может быть уточнено в процессе эксплуатации комплекса при достаточно большом количестве статистического материала с учетом критериев безопасности и экономической целесообразности. Некачественная диагностика может стать причиной аварии, вызванной разрушением подшипника (рис. 7.2).
7.2 Методы диагностирования подшипников качения
Методы диагностирования подшипников качения работающей машины, основаны на анализе вибрации, создаваемой силами трения в подшипниках. Дефекты подшипников характеризуются частотой появления импульса от дефектного участка (детали).
Специфика сил трения качения во вращающихся узлах машин такова, что при отсутствии дефектов в подшипниках качения они стабильны по времени. При недостаточной точности изготовления подшипника, его монтажа в посадочном месте, а также при износе поверхности трения, силы трения в этом подшипнике перестают быть стабильными и зависят от угла поворота вращающегося кольца или сепаратора.
Рис. 7.3 Характерный спектр дефектного подшипника
Постоянная сила трения возбуждает случайную вибрацию подшипника в широкой полосе частот. Максимум ее спектральной плотности обычно приходится на частоты порядка 2–10 кГц. Частота спектральной плотности зависит в первую очередь от скорости вращения и размеров подшипника, качества поверхностей трения и смазки. При появлении дефектов а, следовательно, нестабильности силы трения, возбуждаемая случайная вибрация становится нестационарной, т.е. величина спектральной плотности на любой частоте периодически изменяется во времени. Именно нестационарность случайной вибрации подшипниковых узлов является объективным признаком появления дефектов трущихся поверхностей в подшипниках качения.
Количественные характеристики нестационарной случайной вибрации определяются в результате спектрального анализа огибающей этой вибрации (рис.7.3). Нестационарность, представляющая собой амплитудную модуляцию высокочастотной вибрации периодическим процессом, например, с периодом вращения узлов подшипника, приводит к тому, что в спектре огибающей кроме случайных составляющих появляются еще и гармонические, с частотой вращения этих узлов. В результате по частотам появившихся составляющих определяются виды имеющихся в подшипнике дефектов (рис. 3), а по превышению амплитуд этих составляющих над линией фона – глубина каждого из обнаруженных дефектов. Диагностируемые параметры подшипника проиллюстрированы на рис. 7.4.
Рис. 7.4 Основные диагностируемые параметры подшипникаЭтот метод анализа сигналов вибрации (метод огибающей) позволяет обнаружить и идентифицировать все основные виды дефектов, определяющих ресурс подшипниковых узлов.
Для обнаружения сильно развитых дефектов анализируются прямые спектры вибрации.
Возможные варианты диагностирования: · в эксплуатации (ТО 1, ТО 2, ТО 3);
· для диагностирования агрегатов поступающих в ремонт и направляемых после ремонта в эксплуатацию.
Нормальные условия эксплуатации комплекса:
· температура окружающего воздуха – (от +15 до +35)°С; (298±10)К;
· относительная влажность от 50 до 80% при температуре +25°С
· изменение давления окружающей среды от 84 до 106,7 кПа
· допустима эксплуатация комплекса на тракционных путях при отсутствии ветра, пыли, осадков
· в зимний период диагностирование должно проводиться в цехе на оттаявшем оборудовании после предварительной прокрутки подшипников (ориентировочно в течение пяти минут) с номинальной для диагностирования частотой вращения (для разогрева и равномерного распределения смазки по подшипнику).
7.3 Состав испытательного комплекса В состав комплекса вибродиагностики входят:
1. персональный компьютер с программным обеспечением реализации следующие функции:
· установку дискретных значений коэффициента усиления тракта;
· преобразование сигнала в цифровую форму;
· цифровую обработку входных сигналов на основе БПФ (Быстрое Преобразование Фурье) – фильтрацию, выделение огибающей; · обмен информацией с компьютером.
2. Внешний блок с возможностями:
· подключения датчика частоты вращения;
· подключения, питания и коммутация восьми датчиков вибрации со встроенными усилителями;
· дискретной установки значений коэффициента усиления;
· фильтрации входного сигнала для устранения эффекта наложения спектральных составляющих сигнала при его преобразовании в цифровую форму.
3. Датчики вибрации (пьезоэлектрические акселерометры). Их конструкции разнообразны, что определяется множеством особенностей приемов локализации источника вибрации. В настоящее время получили распространение акселерометры со встроенными усилителями заряда (рис. 7.5). Такое решение позволяет применять соединительные кабели между акселерометром и последующей измерительной аппаратурой практически любой длины.
Рис. 7.5 Акселерометр со встроенным усилителем (слева) и общий вид (справа)
Основные варианты конструкции показаны на рис. 6. Присоединительный разъем может находиться сбоку или сверху корпуса. Последнее решение связано с необходимостью установки акселерометра в труднодоступных и ограниченных по площади местах.
Рис. 7.6 Варианты конструкции акселерометра
Другая особенность конструктивного исполнения относится к способу размещения чувствительного элемента. Размещение его непосредственно у основания (рис. 7.6, 1 и 3) может оказать влияние на результат измерения при нагреве основания. С этой точки зрения варианты 2 и 4 предпочтительны.
Кроме того, пьезоэлемент может работать как на сжатие, так и на сдвиг (рис. 7.6, 4). В последнем случае конструкция способствует наилучшей изоляции пьезоэлемента от корпуса и обеспечивает достаточно высокую резонансную частоту.
Рис. 7.7 Способы крепления акселерометраВ конструкции «кольцевой сдвиг» пьезоэлемент P и сейсмическая масса M сформированы в кольцо вокруг центральной опоры (рис. 7.8). Указанные элементы предварительно нагружены конструктивом S , что обеспечивает высокую устойчивость к деформации основания B и температурным переходным процессам в объекте и в нем.
Рис. 7.8 Акселерометр кольцевой конструкцииВыпускаемые в настоящее время пьезоакселерометры перекрывают диапазон ускорений 2·10-5 –106 м/с2. Наиболее высокочастотные акселерометры имеют собственную частоту до 200 кГц при чувствительности 0,004 пКл/(м·с-2). Наиболее высокочувствительные пьезоакселерометры имеют чувствительность до 1000 пКл/(м·с-2), но их собственные частоты не превышают 1 кГц.
Конструкция, выполненная по принципу центрального сжатия, – традиционная (рис. 7.6, 13). Она простая, но обеспечивает умеренно высокую чувствительность к перемещению массы. Система «пьезоэлемент-пружина-масса» закреплена на центральной опоре, вмонтированной в основание акселерометра.
Конструкция плоского типа DeltaShear (рис. 9) представляет собой два прямоугольных среза материала кристалла, которые размещены по сторонам центральной опоры. Пьезоэлемент такого акселерометра подвергается деформации сдвига.
Рис. 7.9 Акселерометр с плоским сдвиговым пьезоэлементом
Сейсмические массы закреплены поверх пьезоэлементов с помощью стяжного кольца высокого сопротивления разрыву. Основание вибропреобразователя и пьезоэлементы эффективно изолированы друг от друга, что обеспечивает превосходную защиту от деформации основания и колебаний его температуры.