Спектральный анализ ударных импульсов SPM Спектр для детальной диагностики условий работы и состояния подшипников качения

Сервис

Услуги по обнаружению и устранению дефектов оборудования: вибродиагностика, балансировка, центровка, тепловидение, шеф-монтаж...

Институт комплексного развития и обучения «КРОНА»...

В дополнение к измерениям общего уровня ударных импульсов SPM вы можете задать последующий спектральный анализ SPM Спектр полученного сигнала. В результате Вы можете получить детальную информацию как о характере сигнала ударных импульсов, так и о различных источниках этого сигнала, свидетельствующую о природе дефекта подшипника или же указывающую на наличие помех.

По сравнению с измерениями общего уровня сигнала любой спектральный анализ всегда требует значительно более серьезных трудозатрат на сбор исходных данных для подготовки измерений и на последующий анализ полученных результатов измерений. В то же время многократный спектральный анализ ударных импульсов SPM Спектр, проводимый на оборудовании, находящемся в хорошем состоянии, как правило, не дает никакой новой полезной информации. Поэтому в общем случае целесообразно для широкомасштабного мониторинга состояния подшипников качения использовать только простые и экономичные измерения общих уровней ударных импульсов SPM. К измерениям SPM Спектр следует переходить только на подшипниках, имеющих повышенный уровень ударных импульсов.

Тем не менее, существуют отдельные случаи, когда конструкция оборудования включает в себя какие-либо ответственные элементы, выход из строя которых может случиться и при относительно невысоких общих уровнях сигналов от данного оборудования. Также иногда существует необходимость учитывать существенные нормальные изменения условий работы подшипников, анализировать влияние внешних факторов на работу подшипников, а также бороться с постоянными помехами. В таких случаях постоянное использование спектрального анализа ударных импульсов SPM Спектр для диагностики и мониторинга состояния этого оборудования может оказаться необходимым.

Спектральный анализ SPM Спектр может выполняться с помощью ряда переносных диагностических приборов — сборщиков данных и с помощью стационарных диагностических систем фирмы «SPM Instrument» вместе с измерениями ударных импульсов SPM, наряду с измерениями интенсивности вибрации по стандартам ISO, спектральным анализом вибрации EVAM и другими измерительными функциями.

Функциональные возможности и допускаемые параметры настроек метода SPM Спектр существенно различаются для различных приборов и систем. Просим Вас при выборе диагностического оборудования всегда обращать внимание на технические данные конкретных измерительных устройств.

Какой сигнал измеряет SPM Спектр?

Метод измерений SPM Спектр по своему принципу несколько напоминает виброанализ по методу огибающей. Однако существенная разница заключается в том, что в методе SPM Спектр для анализа изначально берется не вибросигнал от датчика вибрации, а сигнал ударных импульсов, приходящий от датчика ударных импульсов SPM. В связи с тем, что датчик ударных импульсов SPM работает на резонансной частоте своей пьезоэлектрической измерительной системы, выделяя и усиливая сигнал от подшипника с одновременным подавлением общего вибрационного фона, отсутствует необходимость в применении различного рода полосовых фильтров или же в поиске резонансных областей для дополнительного выделения «полезного» сигнала от подшипника. Благодаря применению специализированных датчиков ударных импульсов SPM для спектрального анализа SPM Спектр уже берется «чистый» сигнал ударных импульсов от подшипника, свободный от ненужных составляющих, вызванных общей вибрацией механизма.

Естественно, в сигнале ударных импульсов также возможно присутствие ограниченного количества помех (например, шум зубчатых зацеплений, кавитация, трущиеся и задевающие детали и т.п.) Определение таких помех также входит в задачу спектрального анализа SPM Спектр.

Ударные волны, приходящие на датчик, могут иметь две частотные характеристики:

частота собственного колебательного процесса одиночной волны;
частота прихода (повторения) отдельных волн в том случае, когда существует какая-либо закономерность и упорядоченность их возникновения.

В качестве примера можно рассмотреть удары молотком по металлической балке: отдельно существует частота колебательного процесса металла балки после каждого удара, т.е. частота, на которой балка сама «звенит», и отдельно существует частота, с которой производятся удары молотком. Эти две частоты никак между собой не связаны, — частота «звона» балки определяется физическими свойствами металла балки, а также формой и размерами этой балки, в то время как частота произведения ударов определяется тем, у кого в руках молоток.

Также происходит и при измерениях ударных импульсов SPM — частота собственного колебательного процесса отдельной ударной волны, вызванной одним соударением деталей подшипника, равняется 32 кГц, в то время как частота повторения таких ударных воздействий зависит от геометрии и размеров деталей подшипника, скорости его вращения и от особенностей имеющихся дефектов этого подшипника.

Естественно, что на самом деле собственные колебательные процессы отдельной ударной волны, распространяющейся в материале корпуса подшипника, включают довольно широкий диапазон частот. Однако при разработке метода ударных импульсов SPM было установлено, что при измерениях ударных волн от подшипников качения ультразвуковая частота 32 кГц в общем случае является наиболее подходящей «несущей» частотой, как для получения информации о состоянии подшипников, так и для исключения помех от общей вибрации механизмов. На эту частоту и настроена пьезоэлектрическая измерительная система внутри датчика ударных импульсов SPM. Резонанс измерительной системы, вызываемый колебательными процессами приходящих на датчик ударных волн, обеспечивает высокую резонансную чувствительность датчика ударных импульсов SPM, которая в несколько раз превышает чувствительность обычного пьезоэлектрического датчика вибрации, работающего в линейном диапазоне чувствительности.

Учитывая все вышесказанное, частоту 32 кГц можно назвать «несущей частотой», которая имеет отношение только к характеристикам ударных волн, приходящих на датчик. В последовательности электрических импульсов на выходе измерительного устройства SPM частота 32 кГц отсутствует как таковая и никакого отношения не имеет ни к уровням ударных импульсов SPM, ни к последующему спектральному анализу этих ударных импульсов SPM Спектр.

На практике измерения SPM Спектр даже на подшипниках со скоростью вращения в несколько оборотов в минуту дают четкий спектр с хорошим разрешением.

Как получается SPM Спектр?

Спектральному анализу ударных импульсов SPM Спектр подвергается именно выходная последовательность импульсов, полученная на выходе измерительного устройства. Для этого используется метод быстрых преобразований Фурье с целью последующего представления амплитудно-частотного спектра выходной последовательности ударных импульсов в качестве результата анализа.

Какие требуются исходные данные?

По сравнению с измерениями общего уровня сигнала любой спектральный анализ всегда требует значительно более серьезных трудозатрат на сбор исходных данных для подготовки измерений. Для анализа результатов измерений SPM Спектр требуется иметь точные данные по подшипнику и измерять его точную частоту вращения в об/мин.

Точные данные по подшипнику представляют собой его частотные характеристики, получаемые расчетным путем на основании геометрических параметров подшипников. Большинство данных по подшипникам, занесенным в каталог подшипников программы CondmasterNova, включают эти частотные характеристики. Также не представляет труда самостоятельно произвести расчет этих характеристик с помощью стандартных формул или с помощью простой прикладной программы фирмы «SPM Instrument».

Измерение частоты вращения должно производиться непосредственно перед измерением SPM Спектр, поскольку правильное определение дефектов данного подшипника возможно только при условии получения точных данных о скорости вращения этого подшипника.

Как применяется SPM Спектр?

Метод SPM Спектр можно условно разделить на две основных стадии в отношении применения данного метода для широкомасштабных измерений с целью диагностики и мониторинга состояния производственного оборудования:

1. Анализ спектра сигнала ударных импульсов

На этой стадии метод SPM Спектр применяется с целью автоматического амплитудно-частотного разложения по методу быстрых преобразований Фурье выходной последовательности ударных импульсов и последующего представления амплитудно-частотного спектра этой выходной последовательности ударных импульсов в качестве результата анализа. Опытный пользователь имеет возможность анализировать такой спектр с помощью стандартных встроенных средств анализа (поиск гармоник, поиск боковых линий, использование курсоров и отметок, выбор единиц измерений частоты для шкалы Х, пересчет и представление спектров в других единицах измерений для шкалы Y, 3-х мерное представление нескольких спектров и т.д.)

Очень важной составляющей метода SPM Спектр является интегрированное программное обеспечение, которое позволяет даже неопытному пользователю легко производить автоматизированный поиск признаков неисправностей оборудования в полученном спектре и выполнять качественную и количественную оценку этих неисправностей. С этой целью используются симптомы дефектов — программные модули CondmasterNova. Пользователь может сам выбрать из списка и задать для каждой точки измерения возможные симптомы дефектов оборудования (например, различные дефекты подшипников качения, различные дефекты зубчатых передач, а также дисбаланс, несоосность и т.д.) В соответствии с заданными симптомами программное обеспечение будет производить автоматическую регистрацию и количественную оценку линий спектра, соответствующих этим неисправностям. При анализе спектра на дисплее такие линии автоматически выделяются цветом, выдаются параметры количественной оценки неисправности, что очень существенно упрощает и убыстряет практическую работу диагноста.

В случае использования абсолютного типа SPM Спектр параметры количественной оценки неисправностей автоматически сохраняются в виде результатов измерений и могут выдаваться в виде таблиц и графиков. Таким образом, можно легко проанализировать появление и развитие во времени любых неисправностей, например, проследить процессы развития прослабления сепаратора подшипника, развития дефекта какой-либо детали подшипника, ухудшения состояния условий работы подшипника в результате воздействия внешних факторов и т.п.

В случае использования абсолютного типа SPM Спектр пользователь может сам задать уставки тревог по любым активным симптомам дефектов в программном обеспечении CondmasterNova и, таким образом, обеспечить автоматическое представление состояния оборудования в цветовом коде по системе светофора “зеленый, желтый, красный ” на основании качественной и количественной оценки неисправностей по результатам спектрального анализа ударных импульсов SPM Спектр.

2. Автоматическая оценка состояния оборудования с помощью критериев

На этой стадии метод SPM Спектр работает только в случае использования абсолютного типа SPM Спектр.

На этой стадии метод SPM Спектр применяется с целью обеспечения автоматической оценки состояния оборудования с минимальными повседневными затратами рабочего времени. Основанием для оценки являются ВСЕ активные симптомы дефектов для данной точки измерения. С этой целью используются критерии — программные модули CondmasterNova.

Для каждого из симптомов при создании критерия автоматически регистрируется свое исходное среднее значение и свое стандартное отклонение, которые получаются с помощью автоматической статистической обработки имеющихся результатов измерений, сделанных при «хорошем» состоянии оборудования. В дальнейшем на основании сравнения текущих результатов анализа ударных импульсов SPM Спектр с критериями обеспечивается полностью автоматическое представление всех активных симптомов дефектов по цветовой шкале состояния. Таким образом, пользователь получает возможность существенно сократить трудозатраты, связанные с регулярными просмотрами и анализами спектров ударных импульсов SPM Спектр, и в результате существенно увеличить объемы оборудования, охваченного регулярной диагностикой состояния.

Несомненным преимуществом диагностики состояния с помощью критериев является ее полная автоматизация. Вам необходимо лишь создать критерий для данной точки измерения или для данного агрегата, после чего все дальнейшие оценки состояния будут производиться полностью автоматически. В большинстве случаев при условии правильного выбора исходных результатов для создания критериев Вы сможете вообще не обращать внимание на точки измерений, находящиеся в зеленой зоне, и не тратить Ваше рабочее время на анализ спектров оборудования, находящегося в хорошем состоянии, до тех пор, пока какая-либо точка не перейдет в желтую или красную зоны. В производственных условиях, когда количество реально стоящих задач часто превышает возможности персонала, любую возможность избежать лишней работы Вы без сомнения найдете привлекательной.

Пользователь может сам с помощью меню легко создать критерий для каждой точки измерения в программном обеспечении CondmasterNova и, таким образом, обеспечить автоматическое представление состояния оборудования в цветовом коде по системе светофора “зеленый, желтый, красный ” на основании степени отклонения текущей качественной и количественной оценки неисправностей по результатам спектрального анализа ударных импульсов SPM Спектр от статистического исходного состояния.

Оценка состояния оборудования по результатам измерений SPM Спектр

Вопрос о том, какой именно дефект есть в оборудовании и насколько серьезен этот дефект, выявленный с помощью измерений, решается различными способами с помощью встроенных средств программного обеспечения. Программное обеспечение предоставляет даже неопытному пользователю прекрасные возможности для легкого решения этой относительно трудной задачи.

В общем случае порядок возникновения и прихода ударных волн, а также, соответственно, порядок следования ударных импульсов может быть как периодическим, так и случайным. Периодические ударные волны порождаются ударными воздействиями, происходящими с определенными одинаковыми временными интервалами, например, прокатыванием тел качения подшипника по дефекту его обоймы или ударным взаимодействием зубьев дефектного зубчатого зацепления. Случайные (апериодические) ударные волны порождаются ударными воздействиями, возникающими в результате хаотических неупорядоченных процессов, например, в результате лопания газовых пузырьков в жидкости во время кавитации.

В результате спектрального анализа SPM Спектр выясняется, есть ли какая-либо упорядоченность и закономерность повторений во времени отдельных ударных импульсов, и, если есть, то с какими частотами и амплитудами они повторяются.

Полученные частоты повторений ударных импульсов сопоставляются с расчетными частотами, на которых могут происходить ударные взаимодействия в деталях механизмов, преимущественно в подшипниках качения и в зубчатых передачах, а также с расчетными частотами возможных дополнительных внешних воздействий на условия работы подшипников, например, дисбаланса, несоосности, внешней вибрации и т.п.

С развитием дефекта подшипника линии SPM Cпектр, соответствующие этому дефекту, зачастую становятся все более и более высокими относительно остальных линий. Типичным признаком тяжелого дефекта подшипника в общем случае является появление и рост боковых линий, поиск которых в SPM Спектр производится с помощью симптомов, использующих модуляцию.

Если SPM Cпектр измеряется в относительных единицах, то общий рост сигнала ударных импульсов при ухудшении условий работы подшипника иногда может маскировать рост линий, соответствующих дефекту. В этом случае основной задачей измерений SPM Спектр является преимущественно не количественная, а качественная оценка сигнала ударных импульсов:

Какой именно источник сигнала вносит наибольший вклад в общую энергию сигнала?
Какова ДОЛЯ этого вклада в общую энергию сигнала?
Является ли этот источник именно данным подшипником качения или чем-то иным?

Количественная оценка развития дефекта подшипника при этом производится преимущественно в результате измерения общего уровня ударных импульсов SPM (при условии отсутствия выраженных помех, приходящих от других источников).

Если SPM Cпектр измеряется в абсолютных единицах, то основной задачей измерений SPM Спектр является, как правило, и количественная, и качественная оценка сигнала ударных импульсов:

Какой именно источник сигнала вносит наибольший вклад в общую энергию сигнала?
Какой УРОВЕНЬ сигнала от данного источника?
Является ли этот источник именно данным подшипником качения или чем-то иным?

Количественная оценка развития дефекта подшипника в этом случае производится как в результате измерения общего уровня ударных импульсов SPM (при условии отсутствия выраженных помех, приходящих от других источников), так и с помощью анализа SPM Спектр.

Материал предоставлен компанией «SPM Instrument».

По всем вопросам обслуживания промышленного оборудования обращайтесь к сотрудникам одела технического сервиса компании «Практическая Механика»: +7 812 332-3474, tech@prmeh.ru.

Другие материалы библиотеки:

Официальный дистрибьютор
и торговый партнер
крупнейших мировых компаний

«SKF» — ведущий мировой поставщик продукции и услуг в области подшипников качения, узлов вращения, уплотнений и инженерных решений, делающий акцент на повышение эффективности использования и обслуживания оборудования производственных предприятий.

«Bosch Rexroth» — мировой лидер в области гидравлики, систем управления и приводных технологий. Широкий спектр продукции и услуг, включающий механику, гидравлику, пневматику, электропривод, электронику, а также обширную сервисную сеть, позволяет компании предлагать оптимальные решения для всех областей промышленности и мобильных применений.

«Aventics» — ведущий производитель пневматических систем — предлагает широкую палитру стандартных и специальных изделий для автоматизации технологического оборудования.

«Optibelt» — ведущий мировой производитель высокоэффективных клиновых, зубчатых, многоручьевых и других приводных ремней для всех отраслей промышленности, ценимых за качество во всем мире.

Компания «Habasit» является мировым лидером рынка по производству транспортерных и модульных лент, плоских приводных, круглых и зубчатых ремней, а также пластиковых цепей уже не один десяток лет.

Компания «Parker Hannifin» является мировым лидером в технологиях движения и контроля, которые обеспечивают высокоточные решения для коммерческих, мобильных, промышленных и аэрокосмических рынков.

Торговая марка «Loctite» компании «Henkel» — это надежный выбор высококачественных промышленных клеев, герметиков и защитных покрытий. Специально разработанные для увеличения инновационного потенциала, повышения надежности и улучшения процесса производства наших клиентов, широкая гамма продукции Loctite предлагает решения для самых требовательных отраслей промышленности.

«KTR Kupplungstechnik GmbH» — ведущий мировой производитель широкого ассортимента муфт (кулачковых, зубчатых, беззазорных, сильфонных, пластинчатых и прочих), тормозных систем и ограничителей момента. Продукция «KTR» получила широкое распространение по всему миру и применяется при решении любых по сложности задач в области привода.