Анализ сигнала от приводных элементов

АННОТАЦИЯ

     В дипломном проекте рассмотрено использование комплекса КОМПАКС на примере депо Железнодорожное. В работе спроектирован стенд для диагностики привода на ЭД4М и индикатор виброактивности к нему. Проект разработан на основании цели по ликвидации громоздких и трудоемких в изготовлении металлоконструкции при сохранении технических характеристик стенда  CК-1 с использование системы вибродиагностики Компакс . Кроме того, преследовалась цель по предотвращению разрезки рельсового пути производственного помещения и ликвидации приямков под элементы стенда.
      Рассчитаны  все рабочие режимы и рабочие характеристики. Проект состоит из пояснительной записки 130 страниц, графической части 7 плакатов А1.
















ОГЛАВЛЕНИЕ

      
ВВЕДЕНИЕ	6
ГЛАВА 1. Использование системы КОМПАКС на примере депо Железнодорожное	8
Глава 2. Использование вибродиагностических систем при проведении ТО привода ЭД4М в депо Железнодорожное	17
2.1.Анализ сигнала от приводных элементов	17
2.2. Диагностика неисправностей приводных агрегатов	21
2.3.Анализ спектральных и временных характеристик вибросигналов	23
2.4. Типовые параметры сигнала с признаками несоосности валов привода	24
2.5. Оценка технического состояния агрегата	31
3. Компьютерная система депо	35
4.Сеть депо	41
ГЛАВА 5 . Расчет и проектирование виброконтролера	45
5.1. Проектирование виброконтроллера	45
5.2 Компоновочный расчет блока	58
5.3 Расчет элементов печатного монтажа	60
5.4  Расчет механической прочности печатной платы	65
5.5  Расчет электромагнитной совместимости	69
5.6 Оценка теплового режима	75
Глава 6. Техническое предложение	83
6.1.Стенд дефектоскопии приводных колес ЭД4М	83
6.2. Техническая характеристика	89
6.3. Состав изделия	89
6.5. Описание выбранной конструкции	91
6.6 Автоматизация стенда	97
6.7.Расчет конструктивных элементов	100
6.8. Подготовка изделия к работе	103
6.9. Порядок работы	104
6.10. Характерные неисправности и методы их устранения	104
7.1 Характеристика изделия .Обоснование объема продаж и расчетного периода	114
7.2 Расчет стоимостной оценки затрат	114
7.4 Расчет интегрального экономического эффекта у предприятия-покупателя новой техники	123
8.Охрана труда	127
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	133
ЛИТЕРАТУРА	134






















ВВЕДЕНИЕ

     Процесс определения технического состояния называют техническим диагностированием. Результатом диагностирования является оценка технического состояния объекта в определенный момент времени, оформленная надлежащим образом. Совокупность таких оценок на определенном интервале времени жизни объекта есть наблюдение за его состоянием и называется мониторингом технического состояния объекта на этом интервале. Диагностирование проводится с помощью методов не разрушающего контроля, т,е. на основе измерения и анализа параметров процессов, сопровождающих работу оборудования в точках, доступных для измерения, делаются выводы о техническом состоянии деталей, узлов, механизмов и оборудования в целом. Диагностика состояния оборудования с помощью измерения и анализа параметров виброакустических сигналов - виброакустическая диагностика - в настоящее время введена в общую классификацию методов неразрушающего контроля (ПК) под названием "Вибрационный метод ПК".
     Следует различать мониторинг параметра и мониторинг состояния.
     Мониторинг параметра - это процесс наблюдения во времени за изменением какого-либо параметра - вибрации, температуры, тока и т.д.
     Мониторинг состояния требует наличие интерпретирующей модели (экспертной системы), связывающей диагностические признаки, измеряемые системой мониторинга, со структурными параметрами, определяющими состояние обьекта мониторинга. Поэтому система мониторинга состояния отображает не только значения измеряемых диагностических признаков, как правило, в шкалах интервалов (температура) и отношений (вибрация), ной значения, оцениваемые по результатам косвенных измерений структурных параметров, как правило, в шкалах порядка (больше - меньше) и высказываний.
     Изложенный материал основывается на источниках, приведенных в списке рекомендуемой литературы, материалах, полученных на выставках, конференциях, симпозиумах, а также на основе собственного опыта разработки и эксплуатации систем мониторинга состояния оборудования в различных отраслях промышленности.
     Спектрально-временные характеристики виброакустических сигналов, приведенных в настоящем пособии, получены с агрегатов, работающих в реальных условиях эксплуатации под наблюдением систем стационарного мониторинга КОМПАКС® и персональных диагностических систем Сотрасзппсго, разработанных под руководством лауреата премии Правительства РФ и являются копиями соответствующих экранов анализа сигналов мониторов этих систем. 

















     ГЛАВА 1. Использование системы КОМПАКС на примере депо Железнодорожное
           Установка пороговых значений приводных элементов проводится отдельно для каждого из комплексов вибродиагностики вагонов . В первый раз проводится  при монтаже и введении в эксплуатацию комплекса вибродиагностики на вагоноремонтном предприятии. По мере увеличения количества независимых измерений, но не реже одного раза в год, эти пороги корректируются при каждой очередной процедуре калибровки или поверки аппаратно-программной части комплекса вибродиагностики на ремонтном производстве.
                   
(Рис1) – Диагностика привода на ЭД4М на канаве в депо Железнодорожное
         Для определения порогов используется способ установки пороговых значений путем статистической обработки результатов измерения вибрации   узлов большой партии   (не менее 3  единиц). Расчеты выполняются с учетом нормальности закона распределения обрабатываемых случайных величин.
         На основании группы замеров определяют среднее значение Х каждого из измеряемых параметров вибрации (амплитуд спектральных составляющих). 
     Результаты установки порогов  на основании приведенной методики фиксируются в протоколе калибровки в паспорте аппаратно-программной части каждого комплекса вибродиагностики.
     Если при диагностике   узлов значение хотя бы одного из анализируемых параметров достигает или превышает установленный аварийный уровень, то результат диагностики - "Брак". Вагон с забракованным  узлом направляется на полное освидетельствование. Вибродиагностика   узлов при входном и выходном контроле   должна проводиться в соответствии с настоящей технологической инструкцией и МК (1880.10288.02581,1880.10288.02582,1880.10288.02583, 1880.10288.02584) для каждого типа оборудования комплексов вибродиагностики.
     Входной контроль. При поступлении вагонов в ремонт все КП подвергаются визуально-измерительному контролю. В случаях, перечисленных в разделе 3.4 Инструкции ЦВ/3429, узлы, минуя вибродиагностику, поступают сразу на полное освидетельствование и полную ревизию.
     Если по результатам входного визуально-измерительного контроля нет причин направить вагон на полное освидетельствование, то вагоны направляют на обязательную вибродиагностику: "годные" по ее результатам   проходят обыкновенное освидетельствование и промежуточную ревизию, а "негодные" (брак) направляются на полное освидетельствование и полную ревизию букс, выполняемые в соответствии с [5], [6].
 Выходной контроль. Вибродиагностика КП при выходном контроле проводится после полного освидетельствования КП при ремонте и при новом формировании КП, а также после обыкновенного освидетельствования и промежуточной ревизии букс.
     Основными задачами служб предприятия, отвечающих за поддержание производства в рабочем состоянии, являются максимальное увеличение межремонтного пробега оборудования, исключение аварий и простоев из-за отказов, снижение ремонтно-эксплуатационных затрат и потерь путем исключения неэффективных внеплановых и плановопредупредительных  ремонтов. Фундаментальными причинами проблем эксплуатации оборудования, определяющих высокие затраты и потери предприятий, являются плохая наблюдаемость реальных процессов деградации оборудования, низкая объективность оценки качества агрегатов и их узлов при производстве, ремонте и в эксплуатации, трудность выявления скрытых ошибок проектирования и монтажа, необъективность оперативного контроля над действиями персонала, ответственного за работоспособность оборудования и ведение технологического процесса. Многолетний опыт внедрения и эксплуатации систем вибродиагностики, компьютерного мониторинга и автоматической диагностики состояния оборудования КОМПАКС®, под контролем которых находится несколько тысяч единиц оборудования десятков предприятий различных отраслей промышленности, показывает, что тотальный подход к управлению основными фондами предприятий, базирующийся на системе планово-предупредительного обслуживания и ремонта (ППР), не обеспечивает требуемой эффективности их использования. Значительный износ технологического оборудования, низкая надежность его работы, внеплановые и аварийные остановки производств, высокозатратные и неэффективные принципы организации технического обслуживания и ремонта оборудования (ТОРО) по системе ППР, субъективный контроль качества производства и ремонта оборудования, отсутствие контроля состояния оборудования в процессе эксплуатации, отрицательное воздействие персонала на состояние оборудования при управлении технологическим процессом – вот основные проблемы, которые невозможно решить, используя традиционный подход к планированию и организации технического обслуживания и ремонта оборудования [2].
     Система ППР, основанная на вероятностных данных производителей о периодичности ТО и РО, рассчитанных для неких нормальных условий эксплуатации разнообразного оборудования, не позволяет достоверно определить ни объем, ни наилучший момент времени для проведения мероприятий ТОРО, так как условия эксплуатации одних и тех же типов оборудования в реальном производстве существенно различаются, различаются квалификация и производственная дисциплина персонала на различных предприятиях даже одной отрасли. Все это приводит к тому, что более 2/3 всех ремонтов, проводимых по системе ППР, являются нецелесообразными, а в 30 % случаев даже вредными – ухудшающими состояние ремонтируемого оборудования [1]. Кроме этого, при такой организации ТО и РО достаточно высока доля аварийных и внеплановых ремонтов, обусловливающих высокий (до 30 % себестоимости) уровень затрат на ТО и РО и существенные потери от простоев и аварий на производстве, достигающих 20 % маржинального дохода. В связи с широким распространением компьютерных технологий, позволяющих обрабатывать большие массивы данных и автоматизировать планирование ТОРО с учетом данных по диагностике, техническому обслуживанию, ремонту оборудования, данных о фактических отказах оборудования, на рынке появились такие продукты, как CMMS (computerized maintenance management software) и EAM (Enterprise Asset Management). Сущность этих продуктов состоит в том, что они, используя данные о номенклатуре и составе оборудования, периодичности регламентного ТОРО, параметрах окружающей среды, позволяют с различной степенью вероятности планировать работы по диагностике,техническому обслуживанию и ремонту оборудования, складские запасы запасных частей и прочее. Однако главной проблемой при использовании этих систем является ручной ввод информации при нестабильности параметров окружающей и рабочей среды оборудования. Реальная стоимость такого тотального управления значительно превышает стоимость учитываемого, создавая иллюзию возможности добиться результата. И если паспортизация оборудования силами консультантов по внедрению и массы специалистов предприятия в принципе возможна, то поддержание такой базы в актуальном состоянии на предприятии, насчитывающем десятки тысяч единиц разнообразного оборудования, нереально, что подтверждается многочисленными статьями в прессе и отзывами заказчиков. Реализация системы ППР на таких программных продуктах возможна лишь на небольших и простых по составу технологического оборудования предприятиях из-за большой трудоемкости и субъективности вводимых в систему данных, поэтому более 70 % компаний оценивают результаты внедрения этих продуктов как неудачные, так как при этом подходе к ТОРО также не решаются основные проблемы: непредсказуемость момента утраты оборудованием работоспособности, низкая надежность технологического процесса и значительные потери от простоев в период восстановления его работоспособности, высокие расходы на техническое обслуживание и ремонт из-за неполной выработки оборудованием имеющегося ресурса, высокие административные расходы на ввод и обработку информации.
     Для эффективного управления основными фондами предприятий предлагается новое уникальное решение – Compacs Asset Management™
     (САМ™), базирующееся на объективных, целенаправленных и своевременных данных о состоянии оборудования, предоставляемых системами мониторинга КОМПАКС®, объединенными в единую диагностическую сеть предприятия Compacs-Net, в совокупности составляющих автоматизированную систему управления безопасной ресурсосберегающей эксплуатацией оборудования АСУ БЭР™ КОМПАКС®. Подсистема Compacs Asset Management™ включает в себя ряд программных продуктов, автоматически формируемых стационарными и мобильными системами мониторинга, публикуемых в реальном времени в диагностической сети предприятия. Информация в подсистему САМ™ поступает автоматически из следующих программных модулей систем КОМПАКС®: «Монитор», «Тренд», «Журнал механика-электрика», «Журнал событий». В САМ™ включены справочники возможных причин ремонта агрегатов, перечни ремонтных работ и замен, осуществляемых в процессе ТОРО динамического оборудования (электродвигателей, центробеж
     ных и поршневых привода, аппаратов воздушного охлаждения, центробежных и поршневых компрессоров, вентиляторов общеобменного
     цикла и др.) и статического оборудования (колонн, реакторов, трубопроводов, теплообменников, печей и др.). Такая организация подсистемы позволяет ей автоматически формировать протоколы состояний конкретных единиц оборудования и состояния всего оборудования технологического комплекса, протоколы истории ремонтов со статистикой проведенных работ и замен как по каждой единице оборудования, так
     и по комплексу в целом, протоколы планирования работ по техническому обслуживанию, срочным и потенциально возможным ремонтам с указанием конкретных дефектов и возможных причин неисправностей оборудования для оценки степени сложности и трудоемкости ремонтновосстановительных работ.
     
    
Рисунок 2  - Использование автоматизированных систем при проведении ТО в депо Железнодорожное
     
     Кроме того, подсистема САМ™ автоматически формирует абсолютно объективные, основанные на автоматически получаемых из систем мониторинга данных, отчеты о надежности по каждой единице оборудования, по всему оборудованию комплекса, по самому технологическому комплексу. В отчеты включена статистика по целому набору показателей, среди которых показатели отклонения продолжительности ремонтных работ от норматива, структуры ремонтов, распределения мероприятий ТОРО по технологическим позициям, частота ремонтов оборудования, межремонтный период эксплуатации оборудования, межремонтный период эксплуатации технологической установки, коэффициент сохранения эффективности (использования оборудования) и многое другое. Отчеты и показатели формируются в пяти временных базах от 12 часов до 9 лет, что позволяет управлять основными фондами и производством в целом не только в оперативном режиме, но и в стратегическом плане, опираясь на сбалансированную систему показателей функционирования технологического комплекса, формируемую системой с учетом уровня загрузки технологической установки по отношению к проектной, которая конфигурируется в процессе внедрения в производство подсистемы Compacs Asset Management™. Основными достоинствами данной подсис темы являются:
     – объективность оценки состояния основных производственных фондов благодаря мониторингу состояния оборудования в реальном времени;
     – объективность оценки производственной дисциплины и результативности работы персонала технологических комплексов благодаря автоматической подготовке отчетов и протоколов в подсистеме;
     – объективность затрат на ТОРО, что выгодно как производственному персоналу, так как нет необходимости доказывать потребность в ремонте оборудования, так и руководителям всех уровней, так как нет необходимости перепроверять информацию от подчиненных о требуемых затратах на ремонт и техническое обслуживание оборудования;
     – своевременность и целенаправленность предоставления всех видов отчетов и протоколов в единой диагностической сети на всех уровнях управления предприятием;
     – наиболее полное представление данных о проведенных работах и заменах при техническом обслуживании и ремонте оборудования благодаря автоматическому архивированию и хранению данных за любой период до 9 лет;
     – существенное облегчение поиска и ликвидации фундаментальных причин отказов оборудования (ошибок проектирования и монтажа, необходимости корректировки технологических схем и регламентов работы оборудования и персонала) благодаря объективным и своевременным отчетам, включающим в себя необходимые статистические данные и показатели функционирования оборудования и персонала технологических комплексов;
     – возможность реализации принципов гибкого бюджетирования и построения сбалансированной системы показателей результативности работы технологических комплексов и предприятия в целом.
     Внедрение организационно-экономического механизма управления эксплуатацией оборудования, основанного на АСУ БЭР™ КОМПАКС®,
     ведет к повышению надежности технологических комплексов и обусловливает переход от системы ППР к эксплуатации оборудования по техническому состоянию в реальном времени, что существенно повышает экономическую эффективность работы предприятия за счет роста межаварийных и межремонтных периодов эксплуатации оборудования, роста использования технологических комплексов до 99 % в год, сокращения затрат на ремонты в 4–6 раз, роста производственной дисциплины и объективности оценок вклада каждого специалиста.

Глава 2. Использование вибродиагностических систем при проведении ТО привода ЭД4М в депо Железнодорожное

Рисунок 2.1 – Приводной узел тележки ЭД4М

    2.1.Анализ сигнала от приводных элементов
            В первую очередь при диагностики приводного узла ЭД4М мы получаем вибросигнал (Рис. 2.1.)   с переднего подшипника, с номинальной частотой вращения ротора 3000 мин-1, т.е. частота 1-ой оборотной гармоники чуть меньше 50 Гц ( 49,77 Гц). Частота 8-ой гармоники совпадает с рабочей частотой, т. к. количество привода на рабочем колесе равно восьми. Если установить гармонический курсор на частоту 398 Гц, то можно увидеть наличие второй гармоники на частоте 796 Гц, и третьей - на частоте 1194 Гц. Появление гармоник рабочей частоты свидетельствует о:
     - пульсации давления в потоке;
     - нарушении гидродинамики потока перекачиваемого продукта;
     - возможном зарождении дефекта привода.
    	Периодическое возбуждение в наиболее простом виде проявляется как сумма гармонических составляющих, кратных основной частоте возмущения, т.е. в виде полигармонической вибрации:
x(t) = ? ak·cos (k·?r·t + ?k)
    В приводных агрегатах одной из основных частот возбуждения вибрации является оборотная   частота, называемая в дальнейшем частотой вращения:
fr = ?r / 2? ,
где ?r — угловая частота вращения.
    На установившихся режимах спектр колебаний — дискретный со спектральными составляющими на частоте вращения ротор и ее гармониках (kfr).
    Помимо упомянутой выше вибрации, кратной частоте вращения, в спектре вибросигнала приводного агрегата могут присутствовать такие характерные частотные составляющие, как
fz = k (frz) , к = 1, 2, 3…n,
где z — число элементов взаимодействия на окружности. Для зубчатого зацепления z равно числу зубьев шестерни; для турбины, насоса и вентилятора — числу лопаток на рабочего колеса и т. п.
    Более адекватной моделью процесса возбуждения колебаний является суперпозиция узкополосных случайных процессов с кратными средними частотами:
x(t) = ?Ak(t)·cos·[k·?r·t - ?k(t)] + ?(t);	[1]                    (2.1)
где k?r — средняя частота узкополосного процесса, Ak(t) — случайная, медленно меняющаяся огибающая узкополосного процесса, ?k(t) — случайная, медленно меняющаяся фаза, ?(t) — уровень шумового возбуждения.

    
    
                        
Рис. 2.2. Спектры полигармонического и квазиполигармонического процесса.
    Энергетический спектр такого процесса (см. рис. 2.2.) сосредоточен в узких полосах частот в окрестности kfr.
   Такая форма представления вибросигнала достаточно хорошо моделирует износ контактирующих поверхностей зубьев колес в редукторе, в подшипниках качения и т. п.
    Обозначая функцию, определяющую отдельный импульс, через f(t), можно представить периодическую последовательность импульсов в виде
?(t) = ?f·(t - tk);            (2.2)
где tk = kT + t0 , a k — целое число.
    Функция ?(t) может быть как детерминированной, так и случайной, отражающей случайность одиночного импульса, которая заключается в том, что его амплитуда, длительность и момент появления могут быть, вообще говоря, случайными величинами.
    В нижней части рисунка изображен спектр такого колебательного процесса. В окрестности основных частот 2?/Тz следования импульсов в спектре присутствуют комбинационные частоты, отстоящие от основных на q(2?/To), где q — целое число. Амплитуды комбинационных составляющих равны 2?2q/T, где ?2q - дисперсия компоненты с номером q, ?2 — суммарная дисперсия модулирующей функции.
    



    Рис. 2.3. Последовательность равноотстоящих прямоугольных импульсов, имеющих одинаковую длительность и случайную амплитуду (верхний график) и спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов, модулированных по амплитуде низкочастотным полигармоническим процессом.
    Для формирования диагностического признака используют обычно представление сигнала в достаточно узком диапазоне частот, например, в зоне одной из гармоник основной частоты возбуждения механизма (зубцовой, винтовой, лопаточной и др.).
                           
    Рис. 2.4. Узкополосный случайный процесс (сплошная линия), его огибающая (пунктир) и спектр огибающей.
    На рис. 2.4 приведен узкополосный случайный процесс (амплитудная модуляция), описываемый математическим выражением вида:

y (t) = A [1+m·E (t)] ·cos (?0t + ?0);
    
где ?0 — несущая частота, например, частота пересопряжения зубьев, 
А — амплитуда, m — глубина модуляции (меняется от 0 до 1). E(t) — в общем виде сумма гармонических низкочастотных колебаний кратных основной частоте возбуждения ?0, например, частоте вращения шестерни:
E(t)= ?Bkcos(k?0t + ?k).
Выделение огибающей производится с помощью амплитудного детектора [3].
     Пульсации давления в потоке и создаваемая ими вибрация преимущественно носят случайный характер и проявляется приблизительно с постоянным уровнем в широкой полосе частот до 1000-2000 Гц с дальнейшим снижением уровня на 6-12 дБ на октаву. При этом возникают колебания корпусов, труб и рабочих элементов. 
амплитудный спектр сигнала СЮ:     
Рис.- 2.1. Амплитудно-частотный спектр виброускорения корпуса узла с лопаточными частотами.
    Нарушения гидродинамики потока перекачиваемого продукта могут проявляться в виде:
     -    вихреобразования в потоке;
     - неоднородности потока в проточной части узла;
     - динамической неуравновешенности;
     - скачкообразные динамические удары.
     Вихреобразования в потоке возникают при изменении сечения, поворотах труб, прохождении потоком распределительной и регулирующей арматуры, на кромках лопастей и приводят к случайным пульсациям давления.
     Неоднородности потока в проточной части центробежных агрегатов (чаще всего привода) возникают от неравномерности поля скоростей и давлений по шагу между лопастями рабочего вала. Спектральный состав пульсаций достаточно сложен и характеризуется наличием гармоник оборотной и рабочей частот, а также модуляцией лопаточных гармоник оборотной и другими гармониками. Диагностические признаки гидродинамической неуравновешенности при спектральном анализе совпадают с признаками дисбаланса ротора, однако силы ее вызывающие существенно меньше, в силу чего на практике гидродинамическая неуравновешенность ротора обнаруживается крайне редко: только когда ротор отбалансирован с высокой степенью точности. Измеряя фазу вибрации на частоте вращения ротора относительно метки на валу можно определить дефектное место рабочего вала (дефектную поверхность). В тоже время гидродинамическая неуравновешенность в отличие от механической создает на входе и выходе рабочего вала периодически пульсирующий поток (даже при отсутствии кавитации), т.е. спектр огибающей высокочастотной случайной вибрации может содержать составляющую на частоте вращения ротора, а глубина модуляции высокочастотной вибрации может соответствовать общему вкладу гидродинамической неуравновешенности ротора.
     Динамические перепады возникают при местном понижении давления в тех областях где ее скорость достигает максимального значения, т. е. при обтекании тел или в районе ядер вихрей. 
     Вибрация при кавитации носит случайный характер, составляющие колебания лежат в области средних и высоких частот и могут быть велики по значению. Обычно максимум широкополосной вибрации находится в диапазоне 500...3000 Гц, который по мере развития кавитационного процесса смещается в область низких частот. При совпадении собственных частот колебаний рабочих лопастей или деталей узла с частотами возмущающих колебаний, возникающих при кавитации, особенно при малых подачах, возможно появление интенсивных автоколебаний привода и даже ротора, обвязки и корпуса.
     Признаки ранней кавитации можно выявить ориентируясь на анализ гармоник рабочей частоты в амплитудно-частотном спектре виброускорения в диапазоне частот до 3000 Гц.
     Дефекты привода связаны обычно с неравномерным эксплуатационным износом привода, при этом может появляться вибрация на частоте вращения ротора и ее гармониках (вызываемая появившимся дисбалансом), лопаточных частотах, которые могут быть модулированы оборотной частотой или другими частотами при наличии других дефектов.
     Анализ амплитудного спектра сигнала (Рис. 2.1, Рис. 2.2) свидетельствует о наличии явных диагностических признаков нарушений гидродинамики и пульсаций давления, в частности, присутствуют лопаточные гармоники в спектре сигнала. В данном случае наличие гармоник рабочей частоты свидетельствует о кавитации в форме срыва вихрей с привода рабочего вала.
     При возникновении кавитации и других гидродинамических источников среднеквадратическое значение виброускорения, измеренного на корпусе подшипника в горизонтальном направлении, вызванное ростом амплитуд лопаточных частот, может существенно превышать 15 м/с в диапазоне частот 10...3000 Гц



    


Рис. 2.2  -  Амплитудно-частотный спектр виброускорения корпуса узла.
     2.2. Диагностика неисправностей приводных агрегатов
Несоосность
     Несоосностью (расцентровкой) называют состояние, при котором центральные оси соединенных валов не совпадают. Несоосность присутствует всегда и ее развитие (увеличение) часто служит причиной нарушения работоспособности агрегатов. Если центральные оси несоосных валов остаются при этом параллельными, то - имеет место параллельная несоосность. Если центральные оси несоосных валов пересекаются в точке соединения, но не параллельны, тогда несоосность называется угловой. Почти все встречающиеся на практике несоосности машин являются комбинацией этих двух основных типов.
Причины несоосности
     Несоосность обычно вызывается следующими причинами:
     - неточной сборкой составных частей (двигателей,привода и т. п.);
     - относительным смещением составных частей после сборки;
     - деформацией податливых опор;
     - тепловым расширением конструкции машины;
     - неперпендикулярностью торцов муфты осям валов;
     - нежесткостью основания.
     Несоосность приводит к следующим проблемам:
     - сильный износ и нагрев муфты;
     - растрескивание вала вследствие усталости, вызванной изгибом;
     - чрезмерное нагружение подшипников;
     - преждевременный выход из строя подшипников;
     - срез вала двигателя или машины.
Параллельная несоосность
     Параллельная несоосность создает как поперечную силу, так и изгибающий момент на связанном конце каждого вала. На подшипниках с каждой стороны муфты возникают высокие уровни вибрации на частоте 2/0, а также на /0 в радиальном направлении, причем эти вибрации находятся в противофазе. Чаще всего, компонента 2/0 выше, чем /0. При чисто параллельной несоосности осевые вибрации на частотах /0 и 2/0 невелики, и также находятся в противофазе. Если скорость машины не является постоянной, то уровень вибрации, вызванной дисбалансом, будет изменяться пропорционально квадрату скорости. В то же время, уровень вибрации, вызванной несоосностью, не изменяется.
Угловая несоосность
     При угловой несоосности на каждом валу возникает изгибающий момент. Из-за этого создаются сильные осевые вибрации на частоте /0 (а также некоторая вибрация на 2/а) на обоих подшипниках, находящиеся в противофа- зе. Кроме того, присутствуют достаточно сильные уровни радиальной и/или поперечной вибрации на /0 и 2/а, которые имеет одинаковую фазу с двух сторон муфты. Обычно для несоосных соединений характерны также достаточно высокие осевые/0 -уровни на подшипниках на других концах валов.
Общая несоосность
     Большинство случаев несоосности являются комбинацией двух описанных выше типов, а их диагностика основана на преобладании 2/0-пиков над /0-пиками в радиальной вибрации, и на существовании сильных пиков /0, преобладающих над пиками 2/0 в осевой вибрации. При этом следует убедиться, что высокие осевые уровни /0 не вызваны дисбалансом консольных роторов.
Изгиб вала
     Вибрация агрегата в случае изгиба вала схожа с характеристикой несоосности, и их легко спутать. Изгиб вала электродвигателя обычно происходит из-за неравномерного нагрева ротора с плохим стержнем и вызывает на обоих подшипниках сильные осевые вибрации на частоте /0 и 2/0, а также высокие радиальные и поперечные составляющие /0 . Компоненты /0 на противоположных концах ротора будут иметь противоположные фазы.
     2.3.Анализ спектральных и временных характеристик вибросигналов
     Характер вибрации агрегатов при нарушениях соосности валов в большинстве случаев определяется конструкцией применяемых соединительных муфт. Гибкие или подвижные муфты способны компенсировать значительные нарушения соосности валов практически без изменения вибросостояния агрегата за счет ухудшения условий работы собственных элементов. Жесткие муфты, например, пальцевые, испытывая лишь повышенные напряжения в жестких соединениях, полностью передают изменившиеся условия работы валов на опоры, вызывая значительные изменения их реакций и вибросостояния агрегата. Зубчатые и полужесткие муфты допускают определенные нарушения соосности соединяемых валов при малозаметном изменении вибросостояния агрегата, но при этом для зубчатых муфт расцентровка может иметь различные неблагоприятные последствия: ускоренный износ, деформация или поломка зубьев. Иногда муфта оказывается прочнее смежного подшипника, что приводит к повреждению последнего. В некоторых случаях влияние конструкции и состояния муфты на вибрацию агрегата выражается в подавлении диагностических признаков расцентровки на смежных подшипниках и признаки расцентровки проявляются на внешних относительно муфты подшипниках дефектно сопряженных валов.
     Характер вибрации при расцентровке зависит от величины и места приложения неуравновешенных сил, крутящего момента, свойств и качества смазочного слоя в подшипниках, а также состояния муфты, подшипников и их опор. В вибросигнале обычно присутствуют колебания с частотой вращения ротора (оборотная частота), часто гармоники выше 2-ой. При определенных условиях возможно появление низкочастотной вибрации.
2.4. Типовые параметры сигнала с признаками несоосности валов привода
     При значительных нарушениях соосности валов привода ЭД4М (при отсутствии других дефектов) для формы сигнала виброускорения носит почти периодический характер с небольшим уровнем. Форма сигнала виброскорости обычно имеет более детерминированный характер. По мере развития дефекта и изменения состояния оборудования количество гармоник может увеличиваться до 10 и более.
     
     
    
    


СКЗ: 7.66 МАКС: 21.75	Курсор 0.00 мс, -7.87
Оборотная: 49.64 Гц

Рис. 2.3. Временная реализация вибросигнала с переднего подшипника электродвигателя
     Спектр виброускорения (Рис. 2.3) на переднем подшипнике электродвигателя является классическим примером возникновения несоосности (если спектральная составляющая с частотой 100 Гц не связана с другими дефектами). Спектральный анализ с высокой разрешающей способностью может подтвердить возникновение несоосности, если частоты гармоники будет кратно именно частоте вращения, а не частоте сети, при этом именно уровень 2/0 свидетельствует о наличии расцентровки. Необходимо обратить внимание на то, что из-за недостаточной разрешающей способности по частоте при анализе спектра энергия сигнала перераспределяется между составляющими 98 и 100 Гц, 148 и 150 Гц, 198 и 200 Гц при частоте вращения 49.64 Гц.
    
Рис. 2.4. Спектр виброускорения на переднем подшипнике двигателя

     Спектр виброскорости (Рис. 2.4), полученный с датчика, который установлен на переднем подшипнике электродвигателя в радиальном направлении, достаточно хорошо отражает нарушение центровки. При этом амплитуды более высоких гармоник - 198 Гц, 298 Гц существенно меньше амплитуды составляющей 100 Гц, указывающей на расцентровку. В силу чего, при диагностике нарушения центровки лучше пользоваться параметром виброскорость. Наличие первой оборотной гармоники 50 Гц вызвано не только нарушением центровки, но и развитием дисбаланса ротора..
          
     Рис. 2.5. Амплитудно-частотный спектр виброскорости на переднем подшипнике двигателя в радиально-поперечном направлении 

Рис. 2.6. Амплитудно-частотный спектр виброперемещения на переднем подшипнике двигателя в радиально-поперечном направлении
     Среднеквадратичное значение виброскорости, измеренной на корпусе подшипника в горизонтальном направлении в диапазоне частот 10... 1000 Гц, в основном определяется амплитудой четных оборотных гармоник, может достигать и существенно превышать 10 мм/с. Наличие случайных низкочастотных колебаний 5.. .15 Гц в спектре виброперемещения (Рис. 2.6) свидетельствует об ослаблении крепления двигателя к фундаменту, что и является причиной нарушения центровки.
                                         Ослабление крепления
     Ослабления крепления или механические ослабления - зазоры между деталями, люфты, неплотная затяжка (сборка) составных частей, нарушение целостности несущих элементов фундам.......................