Dołącz do czytelników
Brak wyników

Zmodyfikowana metoda detekcji obwiedni, jako skuteczna metoda diagnostyki eksploatacyjnej łożysk tocznych w silnikach elektrycznych (cz. 2)

Artykuł | 22 grudnia 2020 | NR 4
0 103

Pierwsza część artykułu nt. łożysk tocznych w silnikach elektrycznych przybliżyła Czytelnikom metody diagnostyki ich stanu. Część druga pozwoli na zapoznanie się z wynikami badań własnych autora tego tekstu.

 

Wyniki badań – metody własne

Metodę detekcji obwiedni [3] w wyniku doświadczeń badawczych zmodyfikowano. Autor uważa, że metoda daje możliwości najtrafniejszego diagnozowania łożysk tocznych pod warunkiem jej modyfikacji. Autor proponuje następującą technologię pomiarów diagnostycznych:

  1. Czujnik drgań – akcelerometr –  nie należy go (rys. 1.) umieszczać w punktach określonych przez stosowne normy [10, 11, 12] tylko w oknie emisji łożyska, tzn. w strefie jak największego obciążenia łożyska, poza strefą odrzutnika smaru [23].
  2. Należy mierzyć wartość chwilową przyspieszenia drgań w jak najszerszym zakresie częstotliwości, minimum 20 kHz, korzystnie będzie, gdy wartości osiągną 40 kHz, 60 kHz i więcej.
     
    Rys.1. Usytuowanie akcelerometru przy stosowaniu zmodyfikowanej metody detekcji obwiedni, a) i b) szkic usytuowania, c) przykład pomiaru, d) obszar okna emisji


    Narzuca to wybór akcelerometru o jak największej częstotliwości rezonansowej i wymaga bardzo starannego przygotowania powierzchni maszyny w punkcie pomiarowym. Dobrym rozwiązaniem, aczkolwiek bardzo trudnym, jest przygotowanie powierzchni zgodnie z wymaganiami SKF [16]. Pomiary diagnostyczne prowadzi się, umieszczając czujnik zawsze w tym samym punkcie.
  3. Dla pierwszej oceny stanu technicznego łożyska tocznego należy wykonać analizę przyspieszenia drgań w funkcji czasu, stwierdzić, czy występuje zjawisko modulacji amplitudowej i jakie są wartości szczytowe przyspieszenia – rys. 2. Ten pomiar można wykonać specjalistycznym analizatorem drgań, oscyloskopem lub komputerem z kartą pomiarową. Sygnał drganiowy z węzłów łożyskowych silników pracujących w warunkach ustalonych ma charakter sygnału losowego stacjonarnego ergodycznego z modulacją amplitudową [23]. Uszkodzenie łożyska tocznego w silniku pogłębia tę modulację. Modulacja częstotliwościami generowanymi przez łożysko może być wykorzystana do diagnostyki [1, 23].
     
    Rys.2. Sygnał przyspieszenia drgań dla przykładowego silnika, łożysko toczne NU 326: a) łożysko w dobrym stanie technicznym, b) łożysko w złym stanie technicznym

     
  4. W dalszej części pomiaru niezbędne jest dysponowanie analizatorem wibracji z wbudowanymi lub dołączanymi z zewnątrz zespołami filtrów pasmowoprzepustowych o częstotliwościach środkowych obejmujących cały zakres spodziewanych częstotliwości drgań własnych węzła łożyskowego, np. 0,8 kHz ÷ 36 kHz.
    Określenie częstotliwości drgań własnych węzłów łożyskowych powinno być przeprowadzone wcześniej. W warunkach przemysłowych można to wykonać podczas postoju silnika, mierząc drgania węzła łożyskowego w punkcie pomiaru drgań przy pobudzeniu do drgań węzła łożyskowego bardzo krótkim uderzeniem, najkorzystniej specjalistycznym młotkiem [23]. Uderzenie krótkie w czasie zapewnia wzbudzenie do drgań w szerokim zakresie częstotliwości [18, 23]. Należy uderzyć młotkiem w obudowę łożyska (w tarczę łożyskową) po przeciwnej stronie usytuowania akcelerometru – rys. 3.
  5. Oszacowanie zakresu wzbudzenia do drgań węzła łożyskowego można przeprowadzić, korzystając z prostej transformaty Fouriera [18]. Przedstawiona na rys. 3b odpowiedź drganiowa węzła łożyskowego silnika jest odpowiedzią dla impulsu siły w kształcie połówki sinusoidy o czasie trwania t0 = 0,2 ms przy amplitudzie 137,1 N.
  6. W kolejnym etapie pomiarów należy wykonać filtrację sygnału przyspieszenia drgań filtrem pasmowoprzepustowym ustawionym na częstotliwość środkową, odpowiadającą częstotliwości drgań własnych bądź niewiele się od niej różniącą. Następny krok to prostowanie i tworzenie obwiedni. Obwiednię poddaje się analizie częstotliwościowej kolejno w zakresie do 200 i 500 Hz z ewentualnym wykonaniem lokalnego powiększenia (FFT ZOOM) dla wybranej częstotliwości. Wybór częstotliwości środkowej filtru pasmowoprzepustowego jest zagadnieniem bardzo ważnym, przedstawiono je w publikacji Badania, eksploatacja i diagnostyka zespołów maszynowych z silnikami indukcyjnymi klatkowymi [23].
     
    Rys.3. Drgania własne węzła łożyskowego przykładowego silnika: a) pobudzenie, uderzenie młotkiem, b) odpowiedź, widmo przyspieszenia drgań dla impulsu siły o czasie trwania t 0 = 0,2 ms

     
  7. Analiza częstotliwościowa powinna być poprzedzona obliczeniami częstotliwości charakterystycznych dla danego łożyska (rys. 4., wzory 1 ÷ 4). Powinno się dysponować precyzyjnymi informacjami o badanym łożysku. Niezbędna jest informacja o nr ISO danego łożyska oraz jego producencie. Łożyska o takim samym nr ISO, ale od różnych producentów będą miały różne częstotliwości charakterystyczne (ze względu na różnice w budowie). Zilustrowano to dla przykładu w tabeli 1. Parametry składowych widma wynikają z kinematyki układu łożyska, jego wymiarów, budowy oraz z istnienia defektów w łożysku. Wzory (1 ÷ 4) [3, 9] pozwalają obliczyć charakterystyczne częstotliwości drgań przy wystąpieniu poszczególnych punktowych defektów w łożysku dla przypadku nieruchomego pierścienia zewnętrznego łożyska tocznego (przypadek najczęstszy).
     



    Obok uszkodzeń podstawowych w łożysku tocznym występują również inne defekty, o których jest mowa w literaturze [1].
     
    Tab. 1. Częstotliwości charakterystyczne dla łożyska NU 326 od różnych producentów, prędkość obrotowa wału silnika n = 1488 obr./min
    RODZAJ USZKODZENIA ŁOŻYSKO SKF ŁOŻYSKO FAG
    Uszkodzenie koszyka, FTF 10,09 Hz 9,99 Hz
    Uszkodzenie elementu tocznego, BDF 64,58 Hz 61,78 Hz
    Uszkodzenie bieżni zewnętrznej, BPFO 131,39 Hz 140,05 Hz
    Uszkodzenie bieżni wewnętrznej, BPFI 191,06 Hz 207,15 Hz

    Różnice pomiędzy częstotliwościami obliczonymi a otrzymanymi z  pomiarów mogą być spowodowane: tzw. poślizgiem w łożysku, chwilowymi zmianami prędkości obrotowej, kątem β ≠ 0 i faktem zwiększonej liczby elementów tocznych w łożysku (wersja wzmocniona łożyska), czego nie uwzględniono w obliczeniach.
  8. Przy intensywnym przebiegu uszkodzenia modulacja charakterystycznymi częstotliwościami łożyskowymi w widmie obwiedni będzie widoczna nie tylko przy odfiltrowaniu filtrem pasmowoprzepustowym o częstotliwości środkowej równej częstotliwości drgań własnych węzła łożyskowego lub niewiele się od niej różniąca, ale również po odfiltrowaniu filtrem pasmowoprzepustowym o częstotliwości środkowej dowolnej z obszaru widma przyspieszenia drgań węzła łożyskowego – rys. 5. Rozprzestrzenianie się zjawiska modulacji na wszystkie pasma z zakresu obszaru widma przyspieszenia d...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy