Диагностика строительных машин / Средства и технологии диагностирования строительных машин / Глава 8.1

Механические передачи

В механических передачах строительных машин наиболее распространены зубчатые, шлицевые, шпоночные и карданные сопряжения. Изменение размеров деталей механических передач вследствие износов оказывает влияние на работу машины в целом. Например, износ зубчатых пар сопровождается повышением уровня шума и вибрации, нарушением плавности работы из-за неравномерности частот вращения валов. Причем износ одних деталей приводит к форсированному износу других за счет перераспределения нагрузок.

Для определения технического состояния механических передач в качестве диагностических используют следующие параметры:

-суммарный угловой зазор передачи;

-дифференцированные значения угловых зазоров отдельных пар передачи;

-векторы силовых реакций на опоры валов;

-кинематическую неравномерность (отклонения передаваемого момента за один оборот вала передачи);

-интенсивность изменения температуры во времени;

-виброакустические сигналы, генерируемые передачей во время ее работы.

Суммарный угловой зазор передачи складывается из угловых зазоров ее сборочных единиц.

Изменения суммарных угловых зазоров в функции наработки согласуются с общим законом изменения износа в функции наработки, т. е. вслед за интенсивным увеличением суммарного зазора, соответствующего периоду приработки, имеет место сравнительно малая интенсивность увеличения зазора, что соответствует периоду нормальной эксплуатации. Затем вновь возникает интенсивное увеличение зазоров в период прогрессирующего износа. В это время угловые зазоры механических передач строительных машин увеличиваются в 6... 15 раз.

Общий метод определения суммарных угловых зазоров - измерения угловых люфтов одного из валов передачи (входного или выходного) при заторможенном другом.

Основной недостаток суммарного углового зазора как диагностического параметра - неопределенность результатов диагноза, при котором равные значения суммарных угловых зазоров могут быть получены как при равномерных, не выходящих за предельные значения, зазорах во всех парах многоступенчатых зубчатых передач, так и при чрезмерном зазоре в одной из пар при малых зазорах в остальных.

Дифференцированные значения

Если отдельные сопряжения диагностируемых передач доступны для установки на них средств измерения люфтов, имеется возможность увеличения информации за счет измерения зазоров в отдельных сборочных единицах передачи.

Для измерения суммарных угловых зазоров механических передач строительных машин применяют специальные люфтомеры, подобные по конструкции люфтомерам К.И-4832, используемым для диагностирования трансмиссий автомобиля. Люфтомер объединяет в себе динамометрический ключ и жидкостный угломер. Воротко-вым зажимом динамометрический ключ закрепляют па одном из выводных валов механической передачи, второй выводной вал тормозят. Вручную через рукоятку люфтомера к валу прикладывают усилия для создания моментов определенной величины, соответствующих сначала прямому, а затем обратному направлениям вращения механической передачи. По шкале жидкостного угломера производят отсчеты соответствующих угловых зазоров. Жидкостный угломер имеет поворотную шкалу, что позволяет для удобства отсчета устанавливать ее на нуль, вне зависимости от начального углового положения рычага люфтомера.

Дифференцированные значения угловых зазоров могут быть получены путем анализа кривых изменений моментов сопротивления на входном или выходном валах механической передачи в процессе выбора предварительно накопленных зазоров. На показаны примеры записей на самопишущем приборе кривых изменения момента сопротивления главного редуктора экскаватора Э-302 (кривая ), ходового редуктора экскаватора Э-2621 (кривая 2) и редуктора отбора мощности автомобильного крана (кривая 3).

Процесс диагностирования

Площадки 5] - 5з образуются в момент выбора текущего углового зазора и определяют значения величин боковых зазоров и, следовательно, износов соответствующих сопряжений. Различные длины площадок стабилизации момента сопротивления указывают на неравномерность износа сопряжений не только в кинематической последовательности трансмиссии, но и по контуру сопрягаемых деталей (параллельные ветви). Крутизна участков кривых характеризует регулировку подшипников. Отношения соседних участков возрастания момента сопротивления определяют текущие передаточные отношения между соседними нарами. Для получения информации об износе сопряжений по контуру процесс диагностирования повторяют при разных положениях вала механической передачи. По известным из нормативной документации величинам линейных боковых зазоров с определяют номинальные, допустимые и предельные угловые зазоры в по формулам.

Показана конструкция и схема устройства для определения дифференцированных значений угловых зазоров в механических передачах. В устройстве использованы электродвигатель АОЛ-11-6 мощностью 0,4 кВт, редукторы РЧУ-40-12, тензомстрическая муфта, тензомстрический усилитель ПА-1, самописец одноканальный Н-327-1 и электронное реле реверса.

Процесс диагностирования механической передачи при помощи этого устройства сводится к следующему. Устройство при помощи кулачковой муфты соединяют с выходным валом диагностируемой механической передачи, например с полуосью ходового механизма пневмоколесного экскаватора, как показано на рисунке. Включают электродвигатель устройства, при этом выходной вал диагностируемой передачи поворачивается до выбора в пей всех люфтов.

Векторы силовых реакций

При достижении определенной величины момента срабатывает электронное реле реверса. Приводной двигатель устройства начинает вращаться в обратную сторону с частотой вращения около 6 мин-1. Происходит последовательный выбор накопленных боковых зазоров во всех сопряжениях механической, передачи. При входе в зацепление каждой следующей пары сопряжений происходит ступенчатое возрастание момента сопротивления. Изменение момента регистрируется благодаря тензометрической муфте на ленте самописца как в функции времени, так и в функции угла поворота вала диагностируемой механической передачи. В последнем случае привод самописца должен быть осуществлен от вала диагностируемой передачи.

Векторы силовых реакций на опоры валов зубчатых колес или шестерен характеризуют распределение сил, действующих в зубчатых зацеплениях. Изменение геометрических форм зубьев вследствие износа меняет абсолютную величину и направление векторов реакций. Например, состояние зацепления прямозубой цилиндрической передачи может быть охарактеризовано соотношением нормальной, окружной, радиальной сил и силы трения.

Искажение профилей зубьев влияет главным образом на соотношение радиальной и окружной сил. Техническое состояние по соотношениям векторов сил определяют путем измерения векторов силовых реакций в подшипниках валов, шестерен или зубчатых колес. Данный диагностический параметр наиболее эффективен для подбора пар шестерен и колес после ремонта механических передач.

Векторы силовых реакций измеряют при помощи двухкомпонентиых тепзорезисторных или иных силоизмерителей, устанавливаемых в опорах подшипников валов. Сигналы от силоизмерителей выводят на вертикальный и горизонтальные входы электронно-лучевого осциллографа. На экране осциллографа при работе диагностируемой передачи можно наблюдать фигуры Лиссажу. Направление векторов сил определяют по углу наклона осей получаемых на экране фигур.

Кинематическая неравномерность

Кинематическая неравномерность проявляется как изменение угловой скорости за каждый оборот передачи. Кинематическая неравномерность непосредственно связана с дефектами зубьев колес и шестерен. Динамические усилия, связанные с дефектами зубьев, могут превышать передаваемую полезную нагрузку в 2...3 раза и более, поэтому проявление кинематической неравномерности передачи в ряде случаев является сигналом близкого разрушения сопряжения. Кинематическую неравномерность оценивают по результатам измерения колебаний частоты вращения за один оборот диагностируемой передачи.

Для измерения неравномерности частоты вращения применяют специальные приборы - кинематометры, имеющие, как правило, па выходе самопишущие приборы.

Интенсивность изменения температуры.определяют при постоянном нагрузочном и скоростном режимах диагностируемой механической передачи. Процесс изменения температуры во времени делят на неустановившуюся и установившуюся части. Первая состоит из начального неупорядоченного нагрева и регулярного теплового режима. Регулярный тепловой режим нарастания температуры наступает спустя 5...15 мин после включения передачи в работу и длится в зависимости от размеров передаваемой мощности, конструкции и внешних температурных условий 20...60 мин. Измеряя изменения температуры в функции времени на участке регулярного теплового режима, можно оценить крутизну этого процесса. Полученное значение крутизны сравнивают с крутизной процесса, полученного на механической передаче,

принятой за эталонную. Если интенсивность нарастания (крутизна) температуры выше, это свидетельствует о переходе большой части механической энергии в тепловую, т.е. о снижении КПД передачи.

Виброакустические сигналы

Для измерений температуры используют поверхностные термисторные термометры с магнитным креплением. Для измерения температур подшипников механических передач могут быть использованы специальные термометры типа ТСП. Такие термометры целесообразно применять, если в опорах подшипников предусмотрены гнезда для их установки.

Виброакустические сигналы. Причинами возникновения вибраций и шума при работе механических передач машин являются соударения, неуравновешенность, неровности поверхностей качения и др., поэтому количественные характеристики шума и вибраций, сопутствующих работе механических передач, связаны с их состоянием. Рассмотрим возможности использования параметров шума и вибраций в качестве диагностических.

Шум передается через воздушную или жидкую среду в виде изменения давления, накладываемого на статическое давление в этой среде. Количественную опенку давления, образующего шум, принято производить не в абсолютных единицах изменения давления (например, в паскалях), а в относительных единицах уровней - децибелах (дБ):

Уровни звукового давления (шума) относят к определенным полосам частот, в которых их измеряют, а также к промежутку времени, за который реализуется измеряемое эффективное значение. При диагностировании чаще всего используют диапазон звуковых частот - 16...16000 Гц, разделенный на полосы, однако в ряде случаев диапазон измеряемых частот может включать и ультразвук.

Уровень шума в широкой полосе частот - интегральный диагностический параметр. Повышение общего уровня шума может свидетельствовать о появлении какой-либо неисправности.

На спектральных характеристиках

Но очень часто повышение уровня шума вызывают второстепенные неисправности, например слабая затяжка кожухов работающих механизмов может привести к значительному повышению общего уровня шума и вместе с тем источники существенных неисправностей могут вызывать очень малое повышение общего уровня шума. Результаты измерений уровня шума сильно подвержены влиянию внешних условий, например результаты измерений зависят от наличия вблизи диагностируемой машины другого оборудования, стен и источников посторонних шумов, влажности окружающего воздуха и т.д. В связи с этим уровень шума в широкой полосе звуковых частот в качестве диагностического параметра используют крайне редко и только для самых общих оценок технического состояния машин.

Большую информацию о состоянии машины содержит в себе спектральная характеристика шума, представляющая собой зависимость уровня шума от частоты. Используют три вида спектральных характеристик шума (и вибраций):

-в октавных полосах, когда верхние и нижние частоты полос различаются вдвое; в третьоктавных полосах, когда верхние и нижние граничные частоты находятся в соотношении;

-в узких полосах, чаще всего при постоянных абсолютных значениях полос, например Д = 2 Гц.

На спектральных характеристиках по вертикальной оси откладывают уровни шума (или вибраций) в децибелах в линейном масштабе, а по горизонтальной - частоты в логарифмическом масштабе.

На спектральных характеристиках можно выделить специфичные для сборочных единиц диагностируемой механической передачи частотные полосы и по изменению их уровней определить наличие дефектов.

При диагностировании

И даже при измерениях спектральных характеристик шума очень сложно выделить полезную информацию, поскольку помехи (посторонние шумы, не связанные с диагностируемой сборочной единицей) по уровню близки к ней, в связи с чем спектрограмма при наличии даже существенного дефекта меняется мало. Практически измерением спектра шума можно эффективно пользоваться только в тех случаях, когда уровень шума от объекта диагностирования значительно выше уровня помех. В некоторой степени влияние помех на результаты измерения общего уровня и спектра шума можно снизить, если пользоваться сравнением результатов, полученных в процессе очередного диагностирования, с предыдущими результатами на том же объекте диагностирования, при тех же внешних условиях.

При диагностировании механических передач машин чаще измеряют звук, распространяемый в твердых телах (звуковую вибрацию). Звук в твердых телах отличается от звука в воздухе тем, что в твердых телах возникают сдвиговые напряжения и соответствующие им деформации, поэтому образуются не только звуковые волны сжатия, характерные для жидкостей и газов, но н волны сдвига, а также комбинации из тех и других. И хотя процессы образования вибраций много сложнее, чем звукового шума, при измерениях параметров вибраций отношение уровня полезного сигнала, несущего информацию о состоянии объекта диагностирования, к уровню помех намного выше, чем при измерениях звукового шума, так как внешние условия значительно меньше влияют па результаты измерений. Обеспечивается существенно лучшая повторяемость измерений за счет возможности точной фиксации мест установки датчиков вибраций на объекте диагностирования.При диагностировании используют три параметра вибраций: виброперемещения, виброскорости и виброускорения.

Виброперемещения

Виброперемещения в качестве диагностического параметра целесообразно применять для механических передач со сравнительно низкими частотами вращения (до 500 мин) при моногармоническом или близком к моногармоническому характеру вибраций. Виброперемещения обычно выражают в абсолютных единицах - миллиметрах или микрометрах.

Как диагностический параметр внброскорость используют для механических передач с частотами вращения выше 500 мин-1 и при полигармоническом характере вибраций. Уровни внброскоростей выражают обычно в относительных единицах:

Так же как и при измерениях звукового шума, можно измерять как общий уровень параметров вибраций, так и производить их спектральный анализ. Общие уровни параметров вибраций в широкой полосе частот несут сравнительно малую информацию о локальных дефектах объекта диагностирования, поскольку являются результатом суммарного действия многих виброактивных сборочных единиц объекта диагностирования, поэтому с целью селекции при диагностировании по параметрам вибраций измеряют либо уровень сигнала в функции фазы действия объекта диагностирования (например, угла поворота вала), либо проводят спектральный анализ параметров вибраций. При спектральном анализе параметров вибраций наиболее просто получить информацию о техническом состоянии объекта диагностирования при помощи эталонных спектрограмм. При этом сравнивают спектрограммы параметров вибраций, полученные в начале эксплуатации объекта диагностирования и после определенных периодов его наработки. Совпадение спектрограмм, как правило, свидетельствует об отсутствии дефектов; изменение спектрограммы - о наличии каких-либо дефектов. Локализация дефектов при этом может быть произведена на основе опыта оператора или с использованием «библиотеки аномалий», где зафиксированы различные отклонения спектра от нормы, связанные с определенными дефектами.

Зубцовые частоты

Такую «библиотеку аномалий» составляют либо в результате выполнения специальных экспериментальных исследований с созданием в прототипе механической передачи наиболее типичных искусственных неисправностей, либо в результате набора опыта на разобранных для ремонта передачах, для которых перед разборкой были сняты спектрограммы виброускорений.

На показаны примеры спектрограмм виброускорений, полученные на редукторе привода механизма хода экскаватора Э-302.

Для сравнительно простых механических передач, например двух-трехступенчатых зубчатых редукторов, можно пользоваться для локализации дефектов расчетными параметрами (характеристическими гармониками) спектрограмм. Дефекты зубчатых колес в редукторе могут быть охарактеризованы перечисленными ниже составляющими спектра вибраций.

Накопленные частоты и низкочастотные составляющие спектра с частотами, кратными частоте в вращения приводного вала редуктора. Первая гармоника этой составляющей характеризует неточность установки колеса на валу, статическую неуравновешенность колеса, а также погрешностей изготовления. Для ведущего колеса. Для ведомого колеса, где и передаточное отношение. Четные гармоники низкочастотной составляющей спектра связаны с динамической неуравновешенностью колеса на валу, нарушением продольного контакта зубьев, нарушением плавности пересопряжения зубьев.

Зубцовые частоты г - высокочастотные составляющие спектра с частотами, кратными произведениям накопленной частоты на число зубьев колеса г, для которого определяют характеристическую гармонику. Для сопряженных колес произведения частот вращения на число зубьев равны, поэтому зубцовую частоту рассчитывают для пары сопряженных колес. Эти составляющие связаны с погрешностями пересопряжения зубьев вследствие неточности изготовления и неравномерного износа шестерен и колес при эксплуатации.

Циклические частоты

Циклические частоты ц - высокочастотные составляющие спектра с частотами, кратными произведениям чисел зубьев 2д длительного колеса зуборезного станка, па котором нарезались зубья колес диагностируемого редуктора при его изготовлении, на накопленную частоту: ц = „гд .

Кроме основных частот в качестве диагностических параметров используют вторые, третьи и вплоть до 7-й гармоники расчетных частот. Гармоники содержат дополнительную информацию о состоянии диагностируемых передач.

В процессе диагностирования необходимо точно выдерживать расчетную частоту вращения приводного вала редуктора, поскольку частоты всех гармоник пропорциональны частоте вращения. При изменении частоты вращения происходит изменение спектра по отношению к расчетному. Допустимые уровни характеристических гармоник, а также общий уровень виброускорений устанавливают для каждого типоразмера редуктора по результатам измерений на редукторах, имеющих предельные значения погрешностей зацепления. Действительные значения погрешностей зацепления при этом определяют микрометрированисм. Отдельные дефекты типа выкрашивания зубьев проявляются на спектрограммах в виде аномальных составляющих спектра.

При диагностировании многоступенчатых механических передач вместо спектральных характеристик может быть использована автокорреляционная функция. Автокорреляционная функция позволяет выявлять в виброакустическом сигнале периодические составляющие низкого уровня на фоне существенных помех, что в свою очередь дает возможность выявлять дефекты, вызывающие малозаметные изменения спектра или общего уровня параметров вибраций.

Для реализации виброакустического .метода диагностирования механических передач может использоваться большой арсенал инструментальных средств, начиная с механических стетоскопов.

Устанавливая щуп

Устанавливая щуп стетоскопа последовательно в разные точки объекта диагностирования и проводя прослушивание, можно локализовать источники аномальных звукообразований, определяя на слух частоты и уровни звука. Большую чувствительность измерений обеспечивает электрический стетоскоп, объединяющий в себе датчик вибраций, усилитель и наушники. Если в схему усилителя такого стетоскопа ввести электрический полосовой фильтр, можно получить большую информацию о техническом состоянии объектов диагностирования и дефектов в них за счет селективного (по частоте) прослушивания вибраций в каждой точке установки щупа стетоскопа.

Несколько большую информацию можно получить при помощи механических виброметров - приборов, позволяющих производить регистрацию параметров вибраций в функции времени. Основной недостаток механических виброметров узкий частотный диапазон, что ограничивает их применение только передачами, имеющими низкие частоты вращения. Большие возможности обеспечивают виброметры, основанные на электрических методах измерения. Такие виброметры содержат датчик, усилитель и регулирующий прибор светолучевой или электронно-лучевой осциллографы. Светолучевым осциллографом можно регистрировать параметры вибраций в диапазоне частот 0... 10 000 Гц. Частотный диапазон электронно-лучевого осциллографа практически не ограничен. Кроме того, при электронно-лучевом осциллографе можно синхронизировать развертку от датчика положения, установленного на вал, что обеспечивает селекцию сигнала по фазе. В схемы виброметров с осциллографами могут быть включены полосовые или заградительные фильтры, обеспечивающие выделение или исключение отдельных частотных составляющих воспринимаемых датчиком вибраций.

Для измерения уровней шума

Для измерения уровней шума или вибраций в децибелах применяют так называемые шумомеры, представляющие собой обычно универсальные приборы. Схема шумомера показана. К входу шумомера в зависимости от того, что измеряют шум или параметры вибрации, подключают микрофон или вибродатчик. Получаемый на входе сигнал усиливается при помощи усилителя, затем детектируется и поступает на стрелочный индикатор. Шумомеры часто содержат полосовые (октавные или третьоктавные) фильтры, что дает возможность частотной селекции сигналов. Для спектрального анализа шума и вибраций применяют специальные анализаторы спектра. Существуют последовательные и параллельные анализаторы спектра. Первые содержат перестраиваемый в диапазоне анализируемых частот фильтр. Параллельный анализатор спектра имеет группу фильтров, из которых каждый настроен на отдельную (октавную, третьоктавную или узкую) полосу частот. В сумме эти полосы охватывают весь диапазон анализируемых частот. При работе последовательных анализаторов спектра требуется определенное время па перестройку фильтра, поэтому регистрацию спектрограммы оператор может осуществлять вручную или при помощи специального самописца уровня на бумажной ленте, ироградуированной в децибелах. Перемещение ленты в самописце производится синхронно с перестройкой фильтра. В результате па лепте появляется запись спектрограммы, т. е. уровней параметров вибраций или шума в функции частот настройки фильтра.

В параллельном анализаторе для наблюдений или регистрации спектра используется электронно-лучевая трубка. Изображение спектра в виде гистограммы появляется на экране трубки почти мгновенно вслед за подачей на вход анализатора сигнала, поэтому при помощи параллельного анализатора можно непрерывно наблюдать деформации спектрограммы, вызванные быстрым изменением режима работы диагностируемой передачи.



  
 
  Время генерации страницы: 0,1149 сек.
2007-2024 Ex-Kavator.Ru написать нам
Top.Mail.Ru Яндекс.Метрика