8.9.4. Діагностика підшипників за спектром огинаючої

У 1978 році фахівцями м. Санкт-Петербурга було запропоновано метод діагностики, який по аналогії з вже існуючими методами отримав назву "метод огинаючої". Цей метод, в якому аналізується не сама високочастотна вібрація, а низькочастотні коливання її потужності, дозволив зняти практично всі обмеження, які характерні для методу ударних імпульсів, значно розширив область використання методів діагностики машин за високочастотною вібрацією, підвищив вірогідність результатів діагностики і, що особливо важливо, якість довгострокового прогнозу стану устаткування, що діагностується.

Суть методу огинаючої полягає в наступному. Сили тертя, що збурюють високочастотну випадкову вібрацію, стаціонарні лише за відсутності дефектів. У бездефектних вузлах тертя високочастотна вібрація стаціонарна і випадкова. Її потужність постійна в часі. При появі дефектів (див. ріс.8.27), що призводять навіть до часткового "продавлювання" масла, періодично змінюються в часі сили тертя, або виникають удари, що збурюють високочастотну вібрацію. Так само удари можуть з'явитися, якщо масло не дуже якісне і його шар легко "рветься".

Рис.8.27.Високочастотний випадковий амплітудно-модульований сигнал

За наявності дефектів величина сил тертя і потужність вібрації змінюється в часі, тобто з'являється модуляція потужності високочастотної вібрації (рис. 8.27).

Глибину модуляції m випадкового амплітудно-модульованого сигналу вібрації x(t) можна визначити у відсотках з використанням середнього значення огинаючої ,

,

де , - максимальне і мінімальне значення огинаючої сигналу.

Кожному виду дефекта відповідає своя частота модуляції. Що більше ступінь розвитку дефекту, то більше стає глибина модуляції. Отже, частота модуляції визначає вид дефекту, а глибина модуляції - ступінь його розвитку. Як приклад на рис.8.28 (зліва) наведено часові сигнали вібрації підшипника: справного а), з ізносом б) і з раковиною на поверхні тертя в). Тобто якнайповніша інформація міститься в огинаючій високочастотного сигналу. Спектри огинаючої вібрації підшипника справного а), із зносом б) і з раковиною на поверхні тертя в) наведено на правому боці малюнка 8.28.

Временные сигналы высокочастотной вибрации	Спектры огибающей высокочастотной вибрации

Ріс.8.28. Часові сигнали високочастотної вібрації підшипника кочення і спектри огинаючої

а) справний підшипник, би) підшипник з ізносом поверхні тертя, в) підшипник з раковиною на поверхні кочення

Як видно з малюнка, в спектрі огинаючої випадкової вібрації бездефектного підшипника відсутні гармонійні складові. У спектрі огинаючої вібрації підшипника з ізносом наявна одна сильна гармонійна складова і вказує на плавну і періодичну зміну потужності сигналу вібрації. У підшипнику з ударними імпульсами потужність високочастотної вібрації змінюється стрибками і в спектрі її огинаючої присутній вже ряд кратних за частотою гармонійних складових.

За спектром огинаючої високочастотної вібрації можна спостерігати розвиток одночасно всіх наявних дефектів за величинами перевищення гармонійних складових на певних частотах над фоном. Таким чином, з'являється можливість визначення парціальних глибин модуляції, тобто глибин модуляції для кожного з наявних дефектів. Це дозволяє визначати ступінь розвитку всіх дефектів і ідентифікувати їх вигляд. Отже, є можливість прогнозувати стан вузла, що діагностується, оскільки кожен вид дефекту має свою швидкість розвитку.

Глибина модуляції m пов'язана з різницею рівнів гармонійної і випадкової складових спектру огинаючої (см. рис.8.28) залежністю

,

де: f_A - ширина смуги спектру огинаючої; f_ф - ширина смуги фільтру, що виділяє високочастотну вібрацію.

Значне підвищення якості отримуваних результатів діагностики визначається не лише використанням нового методу аналізу вібрації, але і підвищенням об'єму накопичуваної інформації. Зокрема, метод ударних імпульсів вимагає виміру вібрації за 2-3 оберти ротора вузла, що діагностується, а для використання методу огинаючої необхідно проводити виміри протягом 50-100 обертів, тобто час виміру вібрації у низкооборотних машинах може складати декілька хвилин.

На результати діагностики підшипників кочення за спектром огинаючої вібрації суттєво впливає якість мастила. Так, наприклад, через погане мастило можуть відбуватися розриви масляної плівки, які за своїми ознаками схожі на ознаки раковин на доріжках або тілах кочення. Тому в тих випадках, коли діагностика підшипників проводиться за однократним виміром, доцільно контролювати і спектр вібрації підшипникового вузла з використанням еталону за групою однакових машин. В цьому випадку по сукупності результатів вимірів спектру вібрації і спектру огинаючої вдається простими методами виключити можливі помилки в ідентифікації дефектів при однократних вимірах вібрації будь-якого підшипника кочення на будь-якому етапі його життєвого циклу.

Зараз випускаються стандартні вимірювальні і аналізуючі прилади, що мають у складі типові функції для спектрального аналізу огинаючої випадкової вібрації з попереднім виділенням випадкових компонент з вимірюваного сигналу. Структуру приладу для аналізу спектру огинаючої наведено на мал. 8.29.

Рис. 8.29. Структура приладу для аналізу спектру огинаючої