способ вибродиагностики смазочной способности масел узлов механизмов
Классы МПК: | G01N33/30 для целей смазки G01M7/02 испытания на вибрацию |
Автор(ы): | Глухоманюк Г.Г. |
Патентообладатель(и): | Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-03-18 публикация патента:
20.09.1999 |
Способ предназначен для оценки технического состояния электрических машин, насосов, редукторов и т.д. В контрольных точках на поверхности узлов механизмов измеряют интегральный уровень среднеквадратичного значения виброускорения в полосе частот 14 - 40 кГц. Обеспечивается повышение надежности и расширение возможностей применения способа для различного типа узлов механизмов. 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ вибродиагностики смазочной способности масел по величине среднеквадратичного значения виброускорения путем ее измерения на поверхности узла механизма, отличающийся тем, что проводят измерения интегрального уровня среднеквадратичного значения виброускорения в полосе частот 14-40 кГц.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния электрических машин, насосов, редукторов и т.д., а именно к способам вибродиагностики машинного оборудования. Надежность работы машинного оборудования определяется интенсивностью изнашивания их трибосопряжений, которая в значительной мере зависит от качества смазочного материала. Вибродиагностика и временной анализ смазочной способности масел трибосопряжений узлов механизмов на ранней стадии снижения эксплуатационных свойств позволяет оценить остаточный ресурс смазочного материала. Одна из основных причин снижения надежности машинного оборудования - это превышение предельного значения смазочной способности масел, поэтому разработка методов контроля смазочной способности масел в процессе эксплуатации механизма является весьма актуальной задачей. Известно, что смазочная способность - свойство смазочных масел снижать износ и силу трения, не зависящее от его вязкости (В.Д. Зозуля, Е.Л. Шведков и др. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. Киев: Наук. думка, 1990. - 264 с). В настоящее время основными методами оценки смазочной способности масел являются лабораторные, стендовые и натурные методы испытания смазочных материалов в узлах механизмов. Известные методы оценки смазочной способности масел не охватывают всего многообразия эффектов взаимодействия в реальных узлах механизмов, так как при различных условиях трения изменяется характер контактного фрикционного взаимодействия и характер физико-химико-механических явлений, влияющих на трение и, как следствие, на смазочную способность масел узлов механизмов (Е.В. Зиновьев, А.Л. Левин, М.М. Бородулин, А.В. Чичинадзе. "Полимеры в узлах трения машин и приборов", - М.: Машиностроение, 1980, - 208 с). Известен электрический метод оценки смазочной способности масел трибосистем (Щавелин В.М., Сарычев Г.А. "Акустический контроль узлов трения ЯЭУ".- М.: Энергоатомиздат, 1988.- 176 с), заключающийся в измерении электрического сопротивления промежутка между телами и дорожками качения. По его величине судят о качестве смазочного материала. Основным недостатком такого метода является возможность измерений только на неработающем оборудовании. Известен акустический метод оценки, основанный на измерении параметров акустической эмиссии, воспринимаемой пьезоэлектрическим датчиком, и схемой обработки (А. И. Свиреденок, Н.К. Мышкин, Т.Ф. Калмыкова, О.В. Холодилов, "Акустические и электрические методы в триботехнике", - Мн.: Наука и техника, 1987. - 280 с). Однако, и тот и другой метод обладают низкой чувствительностью и разрешающей способностью на ранней стадии ухудшения смазочной способности масел узлов механизмов. Наиболее близким к заявляемому является способ вибродиагностики смазочного материала узлов механизмов путем измерения в контрольных точках на поверхности подшипниковых щитов в радиальном направлении среднеквадратичных значений уровней виброускорения в полосе частот 10-20 кГц, в частности, в полосе частот 1/3 октавного фильтра с центральной частотой, равной 16 кГц. Вибродиагностика состояния смазочного материала по этому способу основана на сравнении начального уровня среднеквадратичного значения виброускорения и его флуктуации, характерного для свежего смазочного материала, с аналогичным значением, характерным для смазочного материала, утратившего свои эксплуатационные свойства (А.Г. Горбунов "Перспективы повышения надежности подшипниковых узлов электрических машин средней мощности". - Электротехника 1992, N 10-11, с. 32-36). Порог чувствительности данного метода составляет - 90 дБ. Динамический диапазон метода - 20 дБ. Недостатком метода является высокое значение порога чувствительности и низкий динамический диапазон метода. Задача изобретения состоит в снижении порога чувствительности метода и расширении динамического диапазона. Поставленная задача решается тем, что для вибродиагностики смазочной способности масел узлов механизма выполняют измерения интегрального уровня среднеквадратичного значения виброускорения в полосе частот 14-40 кГц. Порог чувствительности метода составляет - 10 дБ. Динамический диапазон метода - 120 дБ. Способ осуществляют следующим образом. На поверхности корпуса узла механизма устанавливают измерительный датчик в непосредственной близости к диагностируемому трибосопряжению, например, к внешней обойме подшипника качения (скольжения). Проводят измерения интегрального уровня среднеквадратичного значения виброускорения в полосе частот 14-40 кГц. О значении смазочной способности смазочного материала трибосопряжения судят по величине интегрального уровня среднеквадратичного значения виброускорения. Затем можно провести временной анализ виброактивности и на основании его рассчитать остаточный ресурс смазочного материала для данного узла механизма, что позволяет сделать прогноз дальнейшей работоспособности механизма. Предлагаемый способ обеспечивает снижение порога чувствительности до 10 дБ и увеличение динамического диапазона до 120 дБ, что ведет к повышению точности и надежности метода вибродиагностики смазочной способности масел узлов механизма. Поскольку смазочная способность является свойством смазочного материала снижать износ и силу трения и не зависит от вязкости материала, то для диагностики смазочной способности из спектра вибрационного сигнала необходимо выделить области, не зависящие от вязкости смазочного материала, частоты вращения, вида подшипникового узла и т.д. Для обнаружения вышеназванной области спектра вибрационного сигнала нами были поставлены и проанализированы эксперименты на лабораторных установках, механизмах общепромышленного назначения, механизмах с повышенными требованиями по виброактивности и надежности, с частотой вращения от 700 до 6000 об/мин, мощностью от 6 кВт до 60 МВт и с подшипниковыми узлами на основе подшипников качения, скольжения и комбинированными. Исследования проводились на универсальной лабораторной установке М-22ПВ по четырехшариковой схеме, на механизмах общепромышленного назначения, механизмах с повышенными требованиями по виброактивности и надежности. Временной анализ виброактивности проводили на механизмах с широким спектром развития дефектов и качества смазочных материалов до и после ремонта. Обследовали 40 центробежных насосов мощностью 630 кВт в течение 3-х циклов ремонт-ремонт на протяжении 3 лет эксплуатации. Анализ виброактивности осуществляли посредством спектрального анализатора на базе персонального компьютера со специализированным программным обеспечением и модифицированными приборами разработки фирмы ТОО "Фирма Диамех" на базе прибора "Малахит". Анализ спектров и их временной анализ осуществляли в полосе частот 5-50 кГц, 10-10000 Гц, а интегральные уровни в полосе частот 10-1000 Гц, 5-10 кГц, 14-40 кГц. Контролировали среднеквадратичные значения виброскорости, виброускорения и пик-фактор. Погрешность средств измерений составляла
- время испытаний на одном комплекте шаров - 5 минут;
- охлаждение кюветы до лабораторной температуры;
- замена шаров;
- проведение следующего цикла испытаний. Исследования проводили на одной партии шаров, подготовленных к исследованиям стандартным образом. Изменение осевой нагрузки дискретное (10 кгс) в пределах 10-180 кгс. Изменение скорости вращения дискретное в пределах от 300 до 4500 об/мин. Исследования проводились с жидкими и пластичными видами смазочного материала И20А, МС-20, Тп-22, Литол-24, ЦИАТИМ-201, ХД-экстра. Контролировали спектры среднеквадратичного значения виброускорения в полосе частот 5-50 кГц, проводили осреднение по 10 спектрам и данные представляли в логарифмическом масштабе, т.е. в дБ (3





Динамический диапазон - 80 дБ. При разборке подшипниковых узлов со значениями среднеквадратичного значения виброускорения в полосе частот 14-40 кГц выше 90 дБ выявлены дефекты подшипников качения в виде волнистости наружной и/или внутренней обоймы, питтинговой эрозии тел и дорожек качения и т.п. Замена смазочного материала при значениях 60-80 дБ приводит к снижению виброактивности в данной полосе частот от 2 до 8 дБ, при соблюдении технологии замены смазочного материала. Пример 3. Механизмы и средства измерений по примеру 2. Спектральный анализ среднеквадратичного значения виброускорения проводят в полосе частот 10-40 кГц. Порог чувствительности составил - 40 дБ
Динамический диапазон - 50 дБ. Полезный сигнал контролируемого узла маскируется сигналом соседних элементов, их гармониками и резонансными явлениями конструкции механизма. Предельное значение, допустимое для эксплуатации смазочного масла, теряет смысл. Пример 4. Механизмы и средства измерений по примеру 2. Спектральный анализ среднеквадратичного значения виброускорения проводят в полосе частот 14-50 кГц. Порог чувствительности составил - 14 дБ
Динамический диапазон - 80 дБ. Т. е. расширение полосы анализа не привело к снижению порога чувствительности и расширению динамического диапазона, но при этом неоправданно повышаются требования к увеличению резонансной частоты акселерометра как минимум на 10 кГц, что ведет к снижению его чувствительности.
Класс G01N33/30 для целей смазки
Класс G01M7/02 испытания на вибрацию