Диагностика колесно-моторного блока локомотивов КР

 

Рис.3.3.Спектр огибающей при перекосе наружного кольца.

 

 

Износ наружного  кольца подшипника практически всегда происходит локально, изменяя коэффициент трения качения на отдельных участках поверхности наружного кольца. В результате появляется плавная модуляция высокочастотной вибрации частотой f_н и в спектре огибающей вибрации растут гармонические составляющие на частотах kf_н, причем наибольший рост происходит на первой гармонике f_н, а амплитуда кратных гармоник в спектре огибающей быстро падает, как это показано на рис.4.4. Если нагрузка на подшипник не является статической, а, например, вращается с частотой f_вр, у составляющих спектра огибающей с частотами kf_н могут появиться боковые составляющие, отличающиеся на частоты +k₁f_вр.

Раковины (трещины) на наружном кольце подшипника приводят к появлению коротких ударных импульсов при контакте каждого тела  качения с раковиной (трещиной). В результате появляется ряд гармоник с частотами kf_н в спектре огибающей высокочастотной вибрации, причем число этих гармоник достаточно велико, а их амплитуда слабо снижается с ростом k, рис. 3.5.

 

 

Рис. 3.4. Спектр огибающей вибрации при износе наружного 
кольца подшипника.

 

 

 

Рис. 3.5. Спектр огибающей вибрации при раковине 
(трещине) на наружном кольце.

 

Разделить признаки раковины и трещины по результатам анализа  спектра огибающей удается крайне редко и, в основном, за счет более быстрого развития дефекта в случае, если в подшипнике есть трещина. Признаки раковины могут со временем переходить в признаки износа наружного кольца, а признаки трещины стабильны и, более того, растут при каждом последующем измерении.

Износ внутреннего  кольца подшипника, как правило, происходит локально, но зона повышенного коэффициента трения захватывает область, превышающую расстояние между точками контакта ближайших двух тел качения, и модуляция сил трения происходит с частотой f_вр сильнее, чем с частотой f_в. Поэтому при диагностике внутреннего кольца диагностическим признаком является появление в спектре огибающей ряда гармоник с частотами kf_вр.

Ряд гармоник с частотами kf_в, хотя и может возникать при износе внутреннего кольца, лучше всего использовать в качестве диагностического признака появления раковины (трещины) на внутреннем кольце. Достаточно часто при износе внутреннего кольца растет и высокочастотная вибрация подшипника, что является дополнительным признаком дефекта. Следует отметить, что рост в спектре огибающей вибрации гармоник kf_вр является признаком дефектов и других узлов машины, таких как соединительные муфты, зубчатые передачи, ротор, и другие, поэтому при обнаружении этого признака необходимо убедиться, что в машине нет дефектов других узлов. Если это невозможно, лучше всего переходить на периодическое измерение спектра огибающей вибрации и контролировать развитие дефекта до тех пор, пока в подшипнике не появятся либо рост высокочастотной вибрации, либо другие виды дефекта.

Раковины (трещины) на внутреннем кольце подшипника приводят к появлению коротких ударных импульсов при контакте каждого тела качения с раковиной (трещиной). В результате в спектре огибающей вибрации появляется ряд гармоник с частотами kf_в, причем из-за того, что при слабом радиальном натяге в подшипнике величина удара зависит от нагрузки, т.е. от угла поворота внутреннего кольца, у ряда гармоник в спектре огибающей появляются боковые составляющие, отличающиеся на ⁺k₁f_вр,  рис. 3.6.

Различить признаки раковины и трещины на внутреннем кольце удается  далеко не всегда. Косвенным признаком  трещины можно считать одновременное появление большого числа гармоник kf_в⁺k₁f_вр с большим числом гармоник kf_вр, возникающих из-за увеличения радиуса внутреннего кольца в зоне его разрыва,  рис. 3.7.

 

 

Рис. 3.6. Спектр огибающей вибрации при наличии раковины  
на внутреннем кольце.

 

 

 

Рис. 3.7. Спектр огибающей вибрации при наличии трещины на 
внутреннем кольце.

Однако, появление ряда гармоник с частотами kf_ВР может быть и признаком повышенного износа в зоне раковины при отсутствии трещины. Чаще всего трещину выделяют по скорости развития дефекта, так как раковина может иметь стабильную величину несколько дней, а при трещине признаки дефекта монотонно растут.

Износ тел качения  и сепаратора в подшипнике относится к наиболее опасным дефектам, так как развивается достаточно быстро. По спектру огибающей вибрации обнаруживается в первую очередь дефект, представляющий собой выкрашивание поверхности одного (группы) тела качения. Косвенно это указывает и на ускоренный износ того участка сепаратора, который контактирует с дефектным телом качения. Именно этот признак является общим для рассмотренных двух дефектов подшипника. Для непосредственного измерения величины износа сепаратора можно применять другие методы, например, метод измерения флуктуаций интервалов между ударными импульсами в подшипнике, однако, эти удары появляются далеко не при всех видах дефектов. Признаком износа тела качения является появление в спектре огибающей вибрации гармонической составляющей с частотой f_с (при статической нагрузке на подшипник) или f_вр-f_с (при вращающейся нагрузке). Составляющие с кратными гармониками по мере роста кратности быстро уменьшаются по амплитуде,  рис.3.8

 

 

 

Рис. 3.8. Спектр огибающей вибрации при износе тел  
качения и сепаратора.

 

 

Раковины, сколы  на телах качения в подшипнике также относятся к числу наиболее опасных и наиболее быстро развивающихся дефектов. Этот дефект сопровождается появлением и ростом ударных импульсов, действующих между телом качения и каждой из поверхностей колец подшипника, поэтому основная частота ударов равна 2f_тк. Но, поскольку амплитуда ударных импульсов при контакте с наружным и внутренним кольцом может различаться, а также может зависеть от угла поворота сепаратора (от нагрузки), спектр огибающей вибрации содержит ряд составляющих с частотами k₁f_тк+k₂f_c, причём амплитуды составляющих с четными k₁ больше, чем с нечетными,  рис.4.9.

 

Рис.3.9. Спектры огибающей вибрации при раковинах,  
сколах на телах качения.

 

 

Более того, из-за смещения (биения) направления оси вращения (прецессии) тел качения, а также  из-за износа сепаратора эти составляющие могут иметь случайную амплитудную и частотную модуляцию, тогда спектр становится таким, как это показано на том же рисунке.

Сложный (составной) дефект подшипника включает в себя диагностические признаки появления двух или более развитых дефектов для того случая, когда их признаки рассматриваются не независимо, а приводят к появлению в спектре гармоник с различными комбинационными частотами. Такие признаки обычно появляются при раковинах на наружном кольце, сильном износе последнего и вращающейся нагрузке (бой вала) на подшипник, при автоколебаниях ротора с сильным одновременным износом колец, при наличии раковин на наружном и внутреннем кольцах и сильной дополнительной осевой нагрузке на подшипник.

В эту группу дефектов сведены признаки сложных дефектов, которые появляются достаточно редко, но их появление дает дополнительную информацию о том, что количество развитых дефектов в подшипнике превышает один.

Проскальзывание кольца в посадочном месте подшипника является достаточно редким дефектом и может обнаруживаться лишь в том случае, если проскальзывание происходит в момент измерения вибрации. Фактически это означает, что обнаруживается случай, когда подшипник заклинило и сепаратор не вращается относительно колец подшипника. Естественно, что процесс этот сопровождается ростом высокочастотной вибрации и ударами с частотами kf_вр, причем удары с другими частотами отсутствуют,  рис. 3.10.

Дефект является крайне опасным и требует немедленной  остановки и замены подшипника. К сожалению, этот вид дефекта крайне трудно отделить от дефектов других узлов машины, таких как муфты, зубчатые и другие передачи, поэтому необходимо перед принятием решения, убедиться в том, что вибрация или температура подшипникового узла резко возросла, что дополнительно свидетельствует о дефектах именно в подшипниковом узле машины.

Дефекты смазки подшипника приводят к росту высокочастотной вибрации подшипника, что и является основным диагностическим признаком этого дефекта. Как правило, если этот дефект оказывается единственным, в спектре огибающей вибрации отсутствуют  средние и сильные дефекты других типов.

 

Рис.3.10. Спектр огибающей вибрации при проскальзывании  
наружного кольца.

 

Но чаще происходит наоборот, и дефекты смазки являются следствием дефектов поверхностей трения и связаны с попаданием в смазку продуктов износа, что является дополнительным признаком необходимости остановки машины и проверки состояния подшипника. Есть еще одна ситуация, при которой однозначно принимается решение о дефекте смазки. Это - обнаружение предаварийной ситуации в подшипнике, когда поверхности качения и сепаратора настолько изношены, что число ударных импульсов очень велико, и они накладываются друг на друга, нарушается периодичность их следования и теряется возможность их обнаружения спектральными методами анализа вибрации и ееогибающей. И в этом случае необходимо срочно заменять подшипник.

Частоты составляющих спектра  вибрации и его огибающей, используемые для обнаружения и идентификации дефектов линии вала в подшипниках качения по периодическим измерениям вибрации.

3.3.2. Выдача диагноза и рекомендаций по данным проведенных измерений для буксового узла тепловоза ЧМЭ 3.

Прогнозирование и выдача рекомендаций производится встроенной в компьютер комплекса «Вектор-2000»  программой DREAM DOS в автоматическом режиме с учетом установленных порогов сильных дефектов и ресурса диагностируемых узлов, взятого из блока памяти. Ресурс устанавливается в зависимости от пробега между ремонтами ТРС, где производится плановая смена  диагностируемого  оборудования и приблизительно  равен 60 месяцам (5 лет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Охрана труда  при проведении диагностирования.

При проведении диагностирования колесно-моторного блока необходимо обеспечить безопасную работу персонала  проводящего работы и исключить  влияние вредных факторов при  выполнении работ. С этой целью первоочередным является обеспечение безопасности рабочего места персонала следующими мерами:

- на рабочем месте  не должны находиться посторонние  предметы (узлы, детали и т.д.) создающие  препятствия при перемещениях  персонала и при создающие  «помехи» при выполнении работ;

- площадки, по которым  осуществляется перемещение персонала,  должны быть покрыты электроизоляционным  материалом (с целью предотвращения  поражения электрическим током)  и не иметь загрязнений горюче-смазочными  материалами;

- рабочий персонал должен быть обеспечен спецодеждой (ботинки, спецовка, диэлектрические перчатки, каска, шумопоглащающие наушники и т.д.);

- при проведении диагностирования  на площадке не должны находиться  посторонние лица;

- проведение диагностирования  должны проводить специально обученные лица, проходящие периодическую аттестацию;

- помещение, в котором проводится диагностирование, должно быть хорошо проветриваемым и освещенным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы.

1. Карибский В.В., Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. и др. Основы технической диагностики. - М.: Энергия, 1976.
2. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. – М.: Высшая школа, 1975.
3. Бигер И.А. Техническая диагностика. – М.: Машиностроение, 1978
4. Бородин А.П., Захаров П.И. Методы и средства виброакустической диагностики. – М.: ВЗИИТ, 1979.
5. Галкин В.Г., Парамзин В.П., Четвергов В.А. Надежность тягового подвижного состава: Уч. пос. для вузов ж.-д. транспорта. – М.: Транпорт, 1981.