Использование вибродиагностических систем при проведении ТО привода ЭД4М

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА



ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА НИКОЛАЯ II



(МГУПС (МИИТ))



Факультет «Транспортные средства»



Кафедра «Тяговый подвижной состав»





ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ:



       Заведующий кафедрой_________________



А.С. Космодамианский



2017 г.









ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ



Специальность: 23.05.03 ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ



Специализация: «Электрический транспорт железных дорог»

на тему: ВИБРОДИАГНОСТИКА ТЯГОВОГО ПРИВОДА НА ЭД4М ВДЕПО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ



Обучающийся

Щербачев П.В.



Руководитель дипломного проекта

Голубцов В.М.



Консультант по экономическим вопросам

Задарожная А.Н.



Консультант по вопросам безопасности                    

Медведива В.М.



жизнедеятельности ( охране труда)

                            











Нормоконтроль

Назаров Н.А.



Нормоконтроль электронной версии

Баташов Н.Н.













Москва 2017 г.





ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА



ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА НИКОЛАЯ II



(МГУПС (МИИТ))



Факультет  _____________________________________ Кафедра _______________________________________



Специальность _________________________________________________________________________________



УТВЕРЖДАЮ



Заведующий кафедрой  _________________



А.С. Космодамианский



	«	» ________________20 ___  г.



 ЗАДАНИЕ

по дипломному проекту (работе)   студента



______________________________________________________________________________________________



(фамилия,  имя,  отчество)

1. Тема проекта(работы)



______________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________



___________________________________________________________________

утверждена  приказом МГУПС  (МИИТ) от «   » __________ 20____ г. №  __________________



		Срок сдачи студентом законченного проекта  (работы)  _______________________________ 

		Исходные данные к проекту ( работе)__________________________________________ 



___________________________________________________________________

___________________________________________________________________



___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

4.  Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)



___________________________________________________________________

___________________________________________________________________



___________________________________________________________________

___________________________________________________________________



___________________________________________________________________

5.  Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)  _______________



___________________________________________________________________



___________________________________________________________________



___________________________________________________________________



___________________________________________________________________



___________________________________________________________________



___________________________________________________________________






		Консультации по проекту (с указанием относящихся к ним разделов проекта/ работы) . 



Раздел

Консультант

Подпись,

дата





задание выдал



задание принял













7.  Дата выдачи задания



___________________________________________________________



Руководитель проекта _______________________________________________

(подпись)



Задание принял к исполнению __________________________________________



(подпись)



  К А Л Е Н Д А Р Н Ы Й    П Л А Н





№

Наименование  этапов

Срок выполнения

Примечание



п/п

дипломного  проекта (работы)

этапов  проекта (работы)









































































































































































































































































































Обучающийся ___________________________________________________





Руководитель проекта ____________________________________________








                                                     Оглавление



ЗАДАНИЕ	2

К А Л Е Н Д А Р Н Ы Й    П Л А Н	4

ВВЕДЕНИЕ	5

ГЛАВА 1. Использование системы КОМПАКС на примере депо Железнодорожное	8

ГЛАВА 2. Использование вибродиагностических систем при проведении ТО привода ЭД4М в депо Железнодорожное	16

2.1.Анализ сигнала от приводных элементов	16

2.2. Диагностика неисправностей приводных агрегатов	22

2.3.Анализ спектральных и временных характеристик вибросигналов	24

2.4. Типовые параметры сигнала с признаками несоосности валов привода	25

2.5. Оценка технического состояния агрегата	31

ГЛАВА3. Компьютерная система депо	34

ГЛАВА 4.Сеть депо	38

ГЛАВА 5. Расчет и проектирование виброконтролера	41

5.1. Проектирование виброконтроллера	41

ГЛАВА 6. Техническое предложение	50

6.1.Стенд дефектоскопии приводных колес ЭД4М	50

6.2  Назначение	51

6.3 Техническая характеристика	51

6.4 Состав изделия	52

6.5 Описание выбранной конструкции	52

6.6 Расчет элементов печатного монтажа	56

ГЛАВА 7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	73

7.1 Общие положения расчёта эффективности………………………………..	73

7.2 Внедрение стенда для диагностики привода ЭД4М………………………	76

7.2.1 Расчёт капитальных вложений……………………………………………	76

7.2.2  Расчёт затрат на техническую подготовку……………………………....	77

7.2.3 Расчёт затрат на разработку программы…………………………………	77

7.2.4 Капитальные вложения……………………………………………………	79

7.3 Расчёт годового экономического эффекта………………………………....	80

7.4 Показатели экономического эффекта………………………………………	80

ГЛАВА 8. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПОВИБРАЦИИ И ШУМУ НА ПРОИЗВОДСТВЕ	82

8.1 Организационные мероприятий по снижению вибрации и шума на производстве……………………………………………………………………..	83

ЗАКЛЮЧЕНИЕ	95

ЛИТЕРАТУРА	96

ПРИЛОЖЕНИЕ 	99





























ДП 190303.  1110-пПСс-0701













Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата



Разраб

Щербачев П.В.





Виброакустическая 

диагностика тягового привода на ЭД4М депо Железнодорожное

Литера

Лист

Листов

Пров

Голубцов Г.М.









y



7

      100











МГУПС (МИИТ)

Кафедра ТПС

Н. Контр.











Утв























ДП 190303.  1110-пПСс-0701













Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата



Разраб

Щербачев П.В.





Виброакустическая 

диагностика тягового привода на ЭД4М депо Железнодорожное

Литера

Лист

Листов

Пров

Голубцов Г.М.









y



7

      100











МГУПС (МИИТ)

Кафедра ТПС

Н. Контр.











Утв











                                                       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), но значения, оцениваемые по результатам косвенных измерений структурных параметров, как правило, в шкалах порядка (больше - меньше) и высказываний.







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.

                            

Рисунок 1. – 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 кроме того в последствии обычного освидетельствования и переходной проверки буксусник.

Основными вопросами отраслей предприятия, отвечающих за поддержание производства в трудовом пребывании, являются наибольшее повышение межремонтного пробега оборудования, особенность аварий и простоев из-за отказов, сокращение ремонтно-эксплуатационных расходов и издержек посредством изъятия малоэффективных неплановых и плановопредупредительных ремонтов. Фундаментальными факторами трудностей эксплуатации оборудования, обусловливающих высочайшие расходы и утраты предприятий, представлены нехорошая наблюдаемость реальных процессов деградации оборудования, невысокая беспристрастность оценки свойства аппаратов и их участков при изготовлении, ремонте и в эксплуатации, проблема раскрытия сокрытых погрешностей проектирования и монтажа, пристрастие своевременного контролирования над поступками персонала, отвечающего за работоспособность оборудования и ведение научно-технического процесса. Длительный навык внедрения и эксплуатации систем вибродиагностики, компьюторного прогноза и самодействующей диагностики состояния оборудования КОМПАКС®, перед контролем которых пребывает несколько тыс. единиц оборудования 10-ов компаний разных сфер индустрии, демонстрирует, что же глобальный подход к управлению главными фондами компаний, строящийся в концепции планово-предупредительного обслуживания и ремонтных работ (ППР), никак не гарантирует требуемой производительности их применения. 

Большой изнашивание научно-технического оборудования, невысокая безопасность его деятельность, неплановые и аварийные остановки производств, высокозатратные и неэффективные принципы организации технологического обслуживания и ремонтных работ оборудования (ТОРО) согласно концепции ППР, индивидуальный надзор качества изготовления и ремонтных работ оборудования, недостаток контролирования состояния оборудования в процессе эксплуатации, негативное влияние персонала на состояние оборудования при управлении научно-техническим процессом – вот ключевые проблемы, что нельзя урегулировать, применяя классическим аспект к планированию и учреждения технологического обслуживания и ремонтных работ оборудования [2].

Система ППР, основанная на вероятностных сведений изготовителей о периодичности ТО и РО, рассчитанных для некоторых стандартных обстоятельств эксплуатации разнообразного оборудования, не позволяет точно установить ни объем, ни оптимальный период времени для выполнения событий ТОРО, таким (образом равно как обстоятельства эксплуатации 1 и этих же видов оборудования в настоящем изготовлении значительно отличаются, отличаются высокая квалификация и производственная дисциплина персонала в разных фирмах в том числе и одной области. Все это приводит к этому, что более 2/3 абсолютно всех ремонтов, проводимых согласно концепции ППР, являются неразумными, а в 30 % ситуации даже вредными – портящими состояние ремонтируемого оборудования [1]. Помимо данного, при такой организации ТО и РО достаточно высока часть аварийных и неплановых ремонтов, обусловливающих большой (вплоть до 30 % себестоимости) степень расходов на ТО и РО и значительные утраты от простоев и аварий на изготовлении, достигающих 20 % маржинального заработка. В связи с широким распространением компьюторных технологий, дозволяющих подвергать обработке крупные массивы сведений и автоматизировать планирование ТОРО с учетом сведений согласно диагностике, техническому обслуживанию, ремонту оборудования, сведений о подлинных отказах оборудования, на рынке возникли подобные продукты, как CMMS (computerized maintenance management software) и EAM (Enterprise Asset Management). Суть этих товаров заключается в том, что они, применяя сведения о номенклатуре и составе оборудования, периодичности регламентного ТОРО, параметрах находящейся вокруг среды, дают возможность с разной степенью вероятности планировать деятельность по диагностике,техническому обслуживанию и ремонтным работам оборудования, складские резервы резервных Элементов и многое другое. Тем не менее основной задачей при использовании данных систем является ручной ввод данных при непостоянности характеристик находящейся вокруг и рабочей среды оборудования. Реальная цена такого полного управления существенно превосходит цена учитываемого, создавая иллюзию способности достичь итога. И в случае если паспортизация оборудования силами консультантов согласно введению и массы экспертов компании в принципе вероятна, в таком случае сохранение такого рода основы в действующем состоянии в компании, насчитывающем 10-ки тыс. единиц многообразного оборудования, невозможно, что подтверждается множественными заметками в печати и отзывами клиентов. Осуществление системы ППР в таких программных продуктах вероятна только в небольших и элементарных по составу научно-технического оборудования фирмах из-за высокий трудозатратности и субъективности вводимых в систему данных, следовательно наиболее 70 % фирм оценивают итоги введения данных товаров равно как безуспешные, таким (образом равно как при этом подходе к ТОРО кроме того никак не находят решение ключевые трудности: непредвиденность времени потери оборудованием трудоспособности, невысокая безопасность научно-технического процесса и существенные утраты от простоев в этап возобновления его работоспособности, высочайшие затраты на техническое обслуживание и обслуживание из-за неполноценной формирования оборудованием имеющегося ресурса, высочайшие административные затраты на ввод и обрабатывание данных.

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, центробежных и поршневых привода, аппаратов воздушного остывания, центробежных и поршневых компрессоров, вентиляторов общеобменного

цикла и др.) и постоянного оборудования (колонн, реакторов, трубопроводов, теплообменников, печей и др.). Такая организация подсистемы дает возможность ей автоматически сформировывать протоколы состояний определенных единиц оборудования и состояния всего оборудования научно-технического комплекса, протоколы истории ремонтов с статистикой проделанных работ и замен как по каждой штуке оборудования, так и согласно комплексу в целом, протоколы планирования трудов по техническому обслуживанию, неотложным и потенциально допустимым ремонтам с предписанием определенных недостатков и вероятных факторов поломок оборудования для балла уровня сложности и трудозатратности ремонтно-восстановительных работ.

                      

Рисунок 2.- Использование автоматизированных систем при проведении ТО в депо Железнодорожное



Кроме этого, подсистема САМ™ автоматически создает совершенно конкретные, базирующиеся в автоматически получаемых с концепций мониторинга сведений, отчеты о прочности по любой единице оборудования, согласно всему оборудованию комплекса, по самому научно-техническому комплексу. В отчеты включена статистика по единому комплекту характеристик, из числа каковых характеристики отклонения длительности ремонтных работ от норматива, структуры ремонтов, распределения событий ТОРО по научно-техническим позициям, частота ремонтов оборудования, межремонтный период эксплуатации оборудования, межремонтный промежуток эксплуатации научно-технической установки, коэффициент сбережения производительности (применения оборудования) и многое прочее. Отчеты и характеристики создаются в 5 временных базах с 12 часов до 9 лет, что дает возможность распоряжаться главными фондами и созданием в полном не только в эксплуатационном порядке, однако и в стратегическом проекте, основываясь на выровненную систему характеристик функционирования научно-технического комплекса, создаваемую концепцией с учетом степени загрузки научно-технической установки по отношению к проектной, что конфигурируется в процессе внедрения в изготовление подсистемы Compacs Asset Management™. Главными плюсами этой подсис темы считаются:

– беспристрастность оценки состояния главных производственных фондов благодаря прогнозу состояния оснащения в настоящем времени;

– беспристрастность оценки производственной дисциплины и результативности деятельность персонала научно-технических комплексов вследствие автоматической подготовке отчетов и протоколов в подсистеме;

– беспристрастность затрат на ТОРО, что рентабельно как производственному персоналу, таким образом равно как отсутствует потребности обосновывать необходимость в ремонте оборудования, таким образом и руководителям всех степеней, таким образом равно как отсутствует потребности перепроверять данные с подчиненных о необходимых расходах в восстановление и промышленное обслуживание оборудования;

– оперативность и целеустремленность предоставления абсолютно всех типов отчетов и протоколов в единой диагностической сети на абсолютно всех степенях управления предприятием;

– более абсолютное понимание сведений о проделанных работах и подменах при техническом обслуживании и ремонте оборудования вследствие автоматическому архивированию и сбережению сведений за любой промежуток до 9 лет;

– значительное упрощение розыска и ликвидации базовых факторов отказов оборудования (погрешностей проектирования и монтажа, потребности корректировки научно-технических схем и распорядков деятельность оборудования и персонала) благодаря объективным и актуальным докладам, содержащим в себе требуемые статистические данные и характеристики функционирования оснащения и персонала научно-технических комплексов;

– вероятность осуществлении основ гибкого бюджетирования и возведения выровненной концепции характеристик результативности работы научно-технических комплексов и предприятия в целом.Внедрение координационно-финансового приспособления управления эксплуатацией оснащения, основанного в АСУ БЭР™ КОМПАКС®, ведет к увеличению прочности научно-технических комплексов и объясняет переход с системы ППР к эксплуатации оборудования согласно промышленному состоянию в настоящем времени, то что значительно увеличивает финансовую результативность деятельность компании из-за результат увеличения межаварийных и межремонтных периодов эксплуатации оборудования, увеличения применения научно-технических комплексов до 99 % в год, уменьшения расходов на ремонты в 4–6 раз, увеличения производственной дисциплины и объективности оценок взноса любого 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.





Рисунок 2.2. Спектры полигармонического и квазиполигармонического процесса



Энергетический спектр такого процесса (см. рисунок 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.



Рисунок 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.).



Рисунок 2.4. Узкополосный случайный процесс (сплошная линия), его огибающая (пунктир) и спектр огибающей



На рисунок 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:     

                 

Рисунок 2.5. 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 (Рисунок 2.1, 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



	Рисунок 2.6  -  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 соеди.......................