Metody diagnostyki łożysk tocznych układów napędowych

Wibroakustyczne metody diagnostyki łożysk tocznych

Diagnostyka wibroakustyczna stanowi jedną z podstawowych metod oceny stanu technicznego łożysk i wykorzystuje do oceny stanu łożysk pomiary:

• drgań,
• akustyczne,
• ultradźwięków
• oraz emisję akustyczną.

W zależności od stosowanej metody pomiarowej możliwe jest wykrycie symptomów uszkodzenia łożyska na różnych etapach jego rozwoju. Sprawne łożysko toczne jest swego rodzaju generatorem szumu losowego, którego udział w całkowitym sygnale drganiowym zmienia się wraz z degradacją stanu łożyska. Ogólnie degradacja stanu technicznego łożyska tocznego od chwili inicjacji uszkodzenia do wystąpienia awarii może przebiegać w co najmniej czterech fazach.

Uszkodzenia

Pierwsze symptomy uszkodzenia łożyska są widoczne w zakresie wysokich częstotliwości mieszczących się w paśmie ultradźwiękowym, tzn. 20-100 kHz, stąd do wczesnego wykrywania niesprawności łożysk stosowane są metody ultradźwiękowe a także emisja akustyczna. Wraz z rozwojem uszkodzenia kolejne symptomy wykrywane są w zakresie częstotliwości rezonansowych łożyska, które najczęściej znajdują się powyżej 2 kHz. W tym przypadku w diagnozowaniu dobrze sprawdzają się pomiary drgań w paśmie, co najmniej do 10 kHz. Dopiero kolejna, trzecia faza rozwoju uszkodzenia pozwala zidentyfikować w widmie składowe charakterystyczne wynikające z interakcji między uszkodzonymi bieżniami i obtaczającymi się elementami tocznymi obciążonego łożyska. W tym przypadku do detekcji uszkodzeń łożysk stosowane są metody diagnostyczne bazujące na pomiarze drgań w paśmie do 1 kHz, odsłuchu akustycznym łożyska, za pomocą stetoskopu oraz pomiarze temperatury.

Ostatnia faza rozwoju uszkodzenia łożyska, zbliżająca węzeł łożyskowy do nieuchronnej awarii, objawia się nie tylko wysokimi drganiami i wyraźnie słyszalnym hałasem. Również często pojawia się podwyższona temperatura węzła łożyskowego. Na tym etapie degradacji łożyska wystarczająca może okazać się inspekcja organoleptyczna bazująca na takich zmysłach człowieka, jak dotyk czy też słuch. Przy czym w takim przypadku od momentu wykrycia wysokich drgań i temperatury do awarii maszyny pozostaje zwykle niewiele czasu.

Diagnostyka drganiowa łożysk tocznych

Pomiar i analiza sygnałów drgań mechanicznych to najczęściej stosowane sposoby diagnozowania stanu łożysk tocznych układów napędowych. Bez względu na to, czy pomiary wykonywane są przenośnymi miernikami i analizatorami drgań, czy systemami ciągłego monitorowania do oceny stanu technicznego łożysk stosowane są zarówno parametry liczbowe, jak i przebiegi czasowe i widma FFT sygnałów prędkości i przyspieszeń drgań z reguły w zakresie częstotliwości powyżej 500 Hz.

Większość systemów pomiarowych pozwala wyznaczyć takie parametry, jak:

• wartość skuteczna (RMS),
• wartość szczytowa (0-Peak)
• czy też międzyszczytowa (Peak – Peak) przyspieszeń drgań.

Jeśli wyznaczane są one w zakresie wysokich częstotliwości, np. powyżej 500 Hz, stają się one wystarczającym wskaźnikiem występowania takich problemów, jak niedostateczne smarowanie czy uszkodzenia zmęczeniowe. Przy czym należy wyraźnie zaznaczyć, że w przypadku maszyn wolnoobrotowych parametry te mogą być niewrażliwe na występowanie uszkodzeń. O ile parametry liczbowe pozwalają tylko na wykrycie potencjalnego problemu z łożyskiem, o tyle analiza przebiegu czasowego i analiza widma FFT sygnału przyspieszeń oraz jego obwiedni pozwala na potwierdzenie istnienia defektu łożyska i często jego identyfikację. Typowe uszkodzenie zmęczeniowe, w postaci np. wykruszenia materiału na bieżni zewnętrznej, będzie objawiało się impulsami w przebiegu czasowym przyspieszeń (rys. 3). W widmie FFT zaobserwujemy w tym przypadku charakterystyczną składową łożyskową i jej harmoniczne (rys. 4).

Uszkodzenia zmęczeniowe łożyska

Uszkodzenia zmęczeniowe na wczesnym etapie dobrze uwidacznia przebieg obwiedni sygnału i jego widmo (rys. 4), stąd metoda analizy obwiedni [4, 5] bardzo często jest implementowana w miernikach a także analizatorach sygnałów drgań.

Warto tutaj dodać, że charakterystyczne częstotliwości łożyskowe wynikające z obecności pojedynczego uszkodzenia na bieżni wewnętrznej, zewnętrznej i elemencie tocznym można wyznaczyć obliczeniowo. W tym celu potrzebna jest wiedza na temat cech geometrycznych łożyska. W praktyce dostawcy sprzętu do diagnostyki drganiowej udostępniają bazy danych łożysk z ich charakterystycznymi częstotliwościami, a właściwie mnożnikami częstotliwości obrotowej. Aby skorzystać z oferowanych narzędzi, konieczna jest znajomość prędkości obrotowej napędu.

Galeria

Zobacz więcej