Разработка системы контроля технического состояния колесно-моторного блока грузового электровоза ВЛ80С в депо Петров Вал

Причина	Эффект	№ неиспр.
Чрезмерная нагрузка	Поверхностное растрескивание   Перегрев. Текучесть металла	16  17
Нагрузка от дисбаланса	Повреждение дорожек качения
Расцентровка	Натиры дорожек качения  Поверхностное растрескивание  Повреждение сепаратора	16  17
Дефекты насадки подшипника на вал	Растрескивание и выкрашивание материала подшипника	2
Неправильная установка	Растрескивание и выкрашивание   Повреждение при сборке	2  12
Неправильный зазор в подшипнике	Растрескивание и выкрашивание   Абразивный износ   Фреттинг-короззия  Повреждение при сборке  Несоосность колец	2  3  5  12  14
Неподходящая или неправильная смазка	Усталостное выкрашивание  Заклинивание  Задиры поверхности дорожек качения  Борозды на поверхности дорожек  Перегрев	1  9  10  11  13
Плохое уплотнение (герметизация)	Абразивный износ  Воздушная коррозия  Задиры   Борозды на поверхности дорожек	3  4  10  11
Высокая вибрация конструкции, ударные нагрузки, неправильная установка и транспортирование	Бриннелирование дорожек качения  Псевдобриннелирование	6  7
Электрический ток	Электроповреждения	8

 

 

 

Рассмотрим  теперь подробнее типы неисправностей подшипников, приведенные в табл. 3.1.

1. Усталостные разрушения поверхности связаны с проблемами смазки, такими как неподходящая смазка, низкая ее вязкость и разрывы смазочной пленки. В начальной стадии развития дефекта поверхность выглядит как бы заиндевелой в некоторых местах. При дальнейшем развитии дефекта поверхность дорожки начинает отслаиваться и растрескиваться (следует отметить, что это отслаивание не столь серьезно как сколы на дорожке). При накоплении усталости в материале дорожки ее поверхность становится шероховатой, подшипник начинает шуметь и излишне нагреваться. Постоянная перегрузка, плохо обработанные и загрязненные поверхности неизбежно ведут к усталостным явлениям. Этого можно избежать или существенно замедлить, если подшипник будет чистым и хорошо смазанным.

2. Выкрашивание поверхности схоже с усталостью поверхности, но отличается от него более сильной степенью повреждения подшипника и может указывать на то, что подшипник исчерпал ресурс усталости. Растресквание и сколы поверхностей характеризуются глубокими трещинами и расслаиванием. Это происходит, когда под поверхностные трещины, возникающие в местах дислокации неметаллических включений в стали подшипника, доходят до поверхности. Преждевременное растрескивание часто вызывается плохой посадкой вала, искривлениями корпуса и неправильной установкой, т.е. условиями, вызывающими слишком высокие циклические напряжения.

3. Абразивный износ. Абразивное истирание металла разрушает поверхности элементов подшипника. В зависимости от типа абразивного износа, поверхность приобретает или тусклый серый металлический цвет или же зеркально полируется. Иногда подшипник вследствие изменения его геометрии из-за износа резко выходит из строя. Мелкая абразивная пыль является обычной причиной такого отказа; эта пыль может попасть в подшипник при установке, через плохие уплотнения или с грязной смазкой. Поэтому при монтаже подшипника рекомендуется протирать каждый элемент чистой тканью перед смазкой и содержать в чистоте рабочие поверхности. Хорошие уплотнения, промываемые уплотнения и чистые смазочные материалы помогут предотвратить загрязнение после установки подшипника.

4. Атмосферная коррозия. Коррозия вызывается влагой, которая попадает в подшипник из атмосферы. Влажный воздух, попадая вовнутрь подшипника, при охлаждении окружающей среды конденсируется, разрывая смазочную пленку в местах контакта тел и дорожек качения. Атмосферную коррозию можно предотвратить, используя хороший сальник, консистентную смазку и хорошо смазывая подшипник. В некоторых случаях могут оказаться необходимыми специальные уплотнения, чтобы исключить разбрызгивание смазки. Подшипник необходимо заполнять смазкой при каждой более менее продолжительной остановке машины.

5. Фреттинг-коррозия. Фреттинг-коррозия очень похожа на обычную коррозию. Она возникает на посадочных поверхностях подшипника на вал, а также и на других сопрягаемых поверхностях. Она вызывается незначительными (микроскопическими) нагрузками. Частицы, образующиеся в результате износа имеют черный цвет при отсутствии воздуха и красные - в его отсутствие. Фреттинг-коррозия может вызвать как ослабление посадки внутреннего кольца на валу; так и его заклинивание, при котором его невозможно будет снять. Фреттинг-коррозия также привести к разламыванию кольца. Предотвратить можно следуя рекомендациям производителя относительно допусков и убедившись, что элементы подогнаны наилучшим образом.

6. Бриннелирование. При бриннелировании на поверхности колец появляются регулярно следующие друг за другом выемки. Это является следствием пластических деформаций металла в местах выемок, которые возникают вследствие перенапряжения металла. Бриннелирование является следствием высоких статических или ударных нагрузок, неправильной технологии установки подшипника, сильных механических ударов, возникающих, при падении машины. Бриннелирование можно предотвратить, используя при установки подшипника только давление вместо ударов. Если ударных нагрузок невозможно избежать в процессе эксплуатации, тогда необходимо использовать подшипники, предназна-ченные для более высоких нагрузок.

7. Псевдобриннелирование как и просто бриннелирование характеризуется выемками на дорожках качения. Однако в отличии от простого бриннелирования выемки характеризуются не только продавливаем металла в зонах пластических деформаций, но и его сдвигом, в результате этого места повреждения не видны даже при внимательном осмотре. Псевдобриннелирование, есть результат сильных вибраций машины в нерабочем состоянии. Иногда это происходит при транспортировке. Также на это влияет вибрации других, близко расположенных машин. Подобной проблемы можно избежать, обеспечивая правильное закрепление транспортируемых валов с подшипниками и изолируя машину от соседних вибрирующих агрегатов, используя для этого раздельные фундаменты.

8. Электроповреждения. Точечный питтинг (сваривание) в результате электрического сваривания часто имеет регулярный характер на поверхностях элементов качения и на дорожке качения. Он возникает в результате прохождения через подшипник электрического тока. Наиболее распространенными причинами электроповреждений является статическое электричество, создаваемое ремнями транспортера и токами сварочных аппаратов. Поэтому транспортеры должны быть снабжены заземляющими лентами, а сварочное оборудование необходимо заземлять.

 

9. Натиры. Натиры возникают в результате перемещения металла с одной поверхности на другую. Натиры  вызваны проскальзыванием из-за перегрузки подшипника и недостаточной смазки. Натиры на торцах цилиндрических роликов могут возникать из-за нерасчетной осевой нагрузки на подшипник. Также это может быть следствием неправильной сборки подшипника или недостаточной смазки.

10. Задиры на поверхности являются следствием абразивного износа и проявляются в виде глубоких царапин на дорожках и телах качения.  Отдельные задиры поверхности создают точки концентрации напряжения, в которых возможно проявление усталостных явлений. Задиры поверхности вызываются относительно большими частицами материала, которые попадают в подшипник и двигаются по дорожкам при движении тел качения. Как и другие проблемы, связанные с загрязнением, задиры поверхности можно предотвратить, используя хорошие уплотнения и чистую смазку подшипника.

11. Выбоины поверхности. Этот вид повреждения подшипников напоминает бриннелирование, т. к. выбоины скорей являются результатом пластических деформаций, чем износа. Тем не менее, они возникают при повреждении поверхности (царапины, истирание мелкими посторонними частицами, которые являются результатом износа или попадают в подшипник при его работе. Тела качения при вращении захватывают посторонние частицы, попадающие в подшипник. Эти частицы, попав на дорожку качения оставляют случайные насечки, в районе которых возникает концентрация напряжений и разрывы масляной пленки, что приводи к усталостному выкрашиванию металла и появлению выбоин. Вероятность возникновения выбоин уменьшается при использовании хороших уплотнений и частой смазки подшипников, которая вымывает различные посторонние частицы.

12. Повреждения при сборке. Например, внешнее кольцо было неправильно установлено; и когда подшипник был собран, ролики оставили вмятины на дорожках качения.

13. Перегрев. Обычно такие повреждения связаны с полным отказом подшипника. Перегрев часто обусловлен недостаточной смазкой, трением наружного кольца о вращающийся вал, излишним обжимом наружного кольца при установки в корпус машины или нерасчетной (высокой) частотой вращения вала. В отдельных случаях перегрев подшипника может быть обусловлен внешним источником, таким как термическая печь.

14. Несоосность колец. Несоосность колец приводит к фреттинг-коррозии и выкрашиванию. Несоосность ведет к высоким осевым нагрузкам, вызывающим усталостное разрушение и сильные сколы поверхности.

15. Разрушение из-за дисбаланса. Дисбаланс ротора дает основную нагрузку на подшипник. Иногда такое повреждение можно обнаружить только в одном месте на внутреннем кольце. Для уменьшения дисбаланса минимально необходимым является балансировка отдельных частей ротора с максимально возможной точностью, особенно при работе на высоких скоростях.

16. Раскалывание, раздробление деталей. Причиной является большая перегрузка подшипника. Область усталостного выкрашивания на внутреннем кольце охватывает всю ширину кольца, а сепаратор разбит на кусочки из-за поперечных трещин в каждом гнезде шарика.

17. Повреждение сепаратора. Повреждения сепаратора проявляются в образовании в нем трещин и его разрушении. Это в свою очередь ведет к быстрому выходу из строя подшипника в целом при этом затушевывается тот факт, что первопричиной этого был сепаратор. Чаще всего причиной выхода из строя сепаратора является его изгиб, возникающий при движении шариков по взаимно пересекающимся путям из-за несоосности. Также повреждение сепаратора может быть вызвано неправильной сборкой, загрязнением или редким смазыванием подшипника.

Как показывают статистические данные по Приволжской железной дороге наиболее часто встречаются усталостные разрушения поверхности, в летний период – абразивный износ из-за попадания пыли и в зимний период – атмосферная коррозия из-за образования конденсата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЁТ ЧАСТОТ СИГНАЛОВ ВИБРОДИАГНОСТИКИ БУКСОВОГО ПОДШИПНИКА ЭЛЕКТРОВОЗА ВЛ80^С

 

Внутри корпуса буксы  размещаются роликовые подшипники типов 3052536ЛМ и 3042536ЛМ с размерами 320×180×86 мм [1].

Определим информативный  набор частот вибродиагностики буксового подшипника электровоза ВЛ80^С [4]. Результаты представим в виде сводной таблицы с приведёнными соответствующими расчётами.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

1. Тип диагностируемого подшипника – буксовый,       
2. Диаметр тела качения – d_тк = 33 мм,
3. Диаметр наружного кольца d_н = 320 мм,
4. Диаметр внутреннего кольца d_в = 180 мм,
5. Число тел качения n = 18,
6. Угол контакта тел и дорожек качения a = 0,
7. Частота вращения колёсной пары f_вр1 = 220 об/мин = 3,67 Гц.

РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ.

Частота вращения вала электродвигателя равна:

f_вр2 = f_вр1 × 3,826 = 3,67×3,826 = 14,03 Гц.

Зубцовая частота редуктора  равна:

f_z12 = f_вр1 × z₂₁ = 3,67×88 = 323 Гц.

Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца:

f_с = 0,5×f_вр×(1-соsa×d_тк/d_с) = 0,5×3,67×(1 - 1×33/250) = 1,59 Гц,

где d_тк = 33 мм – диаметр тела качения,

       d_с = (d_н+d_в)/2 =(320+180)/2 = 250 мм – диаметр сепаратора ,

       a - угол контакта тел и дорожек качения a = 0⁰.

 

 

Частота перекатывания тел качения  по наружному кольцу:

f_н = 0,5×f_вр×(1-соsa×d_тк/d_с)×n = f_c×n = 1,59×18 = 28,6  Гц,                        

где n – число тел  качения.

Частота перекатывания  тел качения по внутреннему кольцу:

f_в = (f_вр - f_с)×n = (3,67 - 1,59)×18 = 37,44 Гц,

Частота вращения тела качения  относительно поверхности колец:

f_тк = 0,5×f_вр×(d_c/d_тк)×[1-соs²a×(d_тк/d_с)²] =

= 0,5×3,67×(250/33)×[1-1²×(33/250)²]=13,66 Гц

Полученные результаты сводим в итоговую таблицу 4.1.