Tribotechnická diagnostika Technický stav oleje, otěry strojních částí
Tribologie Tribologie je nauka o procesech tření, opotřebení a mazání. Tribologie zahrnuje i tribotechniku, která se zabývá metodami a hlavně technickými prostředky k ovlivnění tření a opotřebení v konstrukci, montáži, provozu a údržbě strojů. Tribodiagnostika sleduje procesy v třoucích se dvojicích strojních součástí za účelem zjištění jejich provozního režimu a technického stavu. Tribodiagnostika rozšiřuje svou působnost na všechny druhy kontaktů mezi kinematickými dvojicemi strojů a snaží se jejich stav postihnout z výsledků analýz oleje, oleje použitého v mazací soustavě.
1
Struktura tribologické tribologického uzle uzle Prvky (A) 1 – základní těleso 2 – protikus 3 - mezilátka 4 – prostředí
4 2 3 1
Vlastnosti prvků ( P) Látkové a tvarové vlastnosti prvků 1, 2, 3, 4 Vzájemné interakce (R)
(4) (3) (1)
(2)
Charakteristika tribologického systému Vstupy nechtěné (teplo, vibrace, materiály-nečistoty, ...) Vstupy Pohyb Práce Materiál Informáce
Výstupy užitečné
Struktura systému
Pohyb Práce Materiál Informáce
Výstupy ztrátové (tření, teplo, opotrebení, vibrace, akustické projevy, ...)
2
Tření • Kluzné – (smykové) dochází k relativnímu posouvání makroskopických dotykových ploch, vyskytuje se v kluzných vedeních, radiálních, axiálních ložiskách …
• Valivé – makroskopické dotykové plochy se cykloidicky přibližují a vzdalují (valivá ložiska …)
• Vrtné – makroskopické kontakty rotují kolem normály, vyskytuje se v jemnomechanických strojích (ložiska měřících přístrojů, hodin …)
• Kombinované – u strojních součástí jsou mnohdy uvedené čisté formy tření kombinovány
•
Valivé a kluzné tření – typické pro záběr ozubených kol
•
Valivé a vrtné tření – valivá ložiska s kosoúhlým stykem, kde kuličky konají valivý pohyb vůči kroužkům v rovině spojnice kontaktních bodů a současně rotují kolem této spojnice
Opotřebení Opotřebení – nežádoucí trvalá změna tvaru, velikosti nebo i struktury materiálu na povrchu součástí (úbytek (úbytek materiálu) materiálu) Proces opotřebení – záběh (odstranění mikronerovností), mikronerovností), více či méně ustálený děj závislý na druhu opotřebení (abrazívní (abrazívní opotřebení má přibližně lineární nárůst s časem, únavové obvykle progresivní charakter) Druhy opotřebení:
• Adhezívní – těsné přiblížení povrchů, ulpívání a vytrhávání částic materiálu materiálu adhezívními silami
• Abrazivní – oddělování částic za užití vnějších částic nebo tvrdšího povrchu součásti
• Erozivní – oddělování částic a poškozováním součásti částicemi nesenými v proudu vzduchu nebo kapaliny
• Kavitační – oddělování částic vlivem kavitačních procesů v látkách v • •
kapalném stavu Únavové – cyklické kontaktní namáhání součástí, kolísání smykových napětí, vznik jamek (pitting (pitting - mazivo) Vibrační – oddělování částic z povrchu vlivem vibrací v tečném směru za působení normálového zatížení
3
Technický stav strojních olejů Strojní oleje mají v provozu široké použití a následkem periodicky se opakující změny kvality po každé výměně se stávají významným nositelem diagnostických signálů. Signály charakterizují: charakterizují • technický stav samotného oleje a určují jeho výměnu • opotřebení strojních součástí se kterými olej přichází do styku a jejichž zplodiny v sobě absorbuje Funkce maziva: maziva • mazání • přenos energie • těsnění • filtrace • chlazení • konzervace
Nečistoty v oleji • Měkké – jsou tvořeny převážně ropnými pryskyřicemi, studenými kaly obsahujícími produkty oxidace oleje a paliva ve formě jemné suspenze organický původ a rozpustnost v benzenu) (organický benzenu
• Tvrdé – jsou tvořené převážně kovovým otěrem třecích ploch stroje (Al, Fe, Cu, Pb …), prachovými částicemi křemíkové povahy a tvrdým karbonem (nejsou nejsou rozpustné v benzenu a většinou mají anorganický původ) původ
• Voda – voda nebo chladící kapalina se dostává do oleje netěsnostmi a kondenzací
• Palivo – nafta nebo benzín se dostává do motorového oleje následkem nedokonalého spalování
• Vzduch – vzduch nebo jiné plyny se dostávají do oleje v pracovním procesu a zhoršují jeho mazací schopnost (přísady proti pěnění)
4
Posouzení technického stavu oleje • Motorový olej – znečišťují ho převážně měkké nečistoty, které projdou palivem, vodou a čističi a souvisí se stárnutím oleje. oleje Naopak voda a palivo v oleji informuje o špatném technickém stavu motoru nebo nevhodném způsobu užívání. Tvrdé nečistoty mají na motorový olej menší vliv v důsledku schopností čističe zachytávat částice větší 10 µm. Zbytky paliva v motorovém oleji způsobují sní snížení ení viskozity, viskozity které se však mnohdy subjektivně nepozná, protože pevné částice a kaly naopak olej zahušťují. Nebezpečnější je nafta, protože benzí benzín se po zahřátí motoru a prohřátí oleje odpařuje, kdežto nafta v oleji zůstává. Zvýšené množství vody se do motorového oleje kromě netěsností dostává převážně kondenzací kondenzací na stě stěnách vá válců lců při častém spouštění. To vyvolává rychlejší působení koroze.
• Převodový olej – znehodnocují ho převážně tvrdé nečistoty v podobě kovové kovového otě otěru, ru v menší míře měkké nečistoty tvořené především zplodinami oxidace. oxidace Prachové částice se do prostoru převodovky dostávají v menší míře převážně z okolí nalé nalévací vacího hrdla. hrdla Voda se do prostoru převodovky dostává také pouze v havarijních případech. Nečistoty působí jako abrazivo. Nevýhodou je, že většina náplní převodovek se v průběhu provozu nefiltruje. nefiltruje
• Hydraulický olej – je znečišťován především tvrdými kovovými zplodinami otěru kluzných ploch. Nebezpečné jsou částice překračující velikost vůle v hydraulických prvcích (5 a více µm). Na kvalitu oleje má vliv funkce čističe. Měkké částice jsou méně škodlivé a vznikají z důvodu stárnutí. Usazují se na jednotlivých prvcích a omezují omezují jejich funkci. funkci Voda se v hydraulických olejích vyskytuje v menší míře a působí korozí korozívně vně na citlivé plochy rozvaděčů apod. V případě, že se do soustavy dostane vzduch působí nepříznivě kavitač kavitační jevy (hlučnost, pokles tlaku, urychlené stárnutí oleje …)
Pož Požadavky na odbě odběr vzorků vzorků • odběr vzorku provádět bezprostředně po práci stroje (nejdéle 20 minut po • • • •
odstavení – problematika úsad) znalost systému čištění stroje odebírat vzorek z střední vrstvy (ne ze dna ani z hladiny) vzorek ukládat v čistých nádobkách maximální naplněných do 4/5 objemu nádobu po odebrání vzorku uzavřít
5
Testy olejových náplní • • • •
Kapičkový test Stanovení celkových nečistot podle světelné propustnosti Bod vzplanutí Stanovení velikosti a počtu tvrdých nečistot
Kapičkový test • nanesení vzorku oleje na filtrační papír • podle velikosti a tvaru se stanový celkové nečistoty a voda v oleji • hodnocení je podle etalonů základních olejů
Do difúzního pásma pronikají rozpustné složky. složky V okrajové části se usazuje většina nečistot. Přítomnost vody v oleji se vyznačuje charakteristickým vroubkovaným ohraničením okrajového pásma.
Stanovení celkových nečistot podle světelné propustnosti oleje • • • • •
odebraný vzorek se zředí ve stanoveném poměru bezbarvým rozpouštědlem kapka oleje se rozetře mezi dvě sklíčka v přístroje se sklíčka prosvítí definovaným zdrojem světla fotoelektrickým článkem se měří intenzita proniklého světla porovnání s etalony o známých hodnotách (přístroj je přímo cejchován ve stupnici nečistot – pouze počáteční etalonové nastavení)
Bod vzplanutí • teplota, kdy se vznítí směs par na hladině zahřátého oleje přiblíženým • •
plamenem indikuje se zředění oleje palivem nový olej – 200 °C, nejnižší p řípustná hodnota – 150 °C (není již zaru čeno vyhovující mazání)
6
Stanovení velikosti a počtu tvrdých částic • důležitá je znalost obsah tvrdých nečistot
• neméně důležité je znát jejich distribuční rozdělení
• větší množství menších nečistot má stejné provozní důsledky jako menší množství větších nečistot
• nejjednodušší metodou je prosté mikroskopické vyhodnocení
• v současnosti poloautomatická a automatická zařízení počítání nečistot
• automatizace sebou nese podstatné zvýšení investičních nákladů na měřící techniku
• vhodné využití parametrů jako diagnostického signálu
Posouzení technického stavu strojních součástí podle otěru • 70 % kovových nečistot ve spalovacích motorech se usazuje v čističích a zbytek koluje v oleji
• magnetické zátky pro zachytávání nevhodných úsad a nečistot • množství a prvky nečistot lze považovat za diagnostický signál • opal oleje – výsledky nutno korigovat s ohledem na spotřebu a množství dolévaného oleje
• při kontrole je nutné volit vhodný prvek (hliník – písty, ložiskové pánve …) • z toho důvodu je nutné kombinovat pro přesnější diagnózu údaje o více prvcích
• nelze rozlišit, který píst, ložisko … je třeba vyměnit či opravit • často se sleduje jeden dominantní prvek a u ostatních se předpokládá, že jsou v relaci
• vazba mezi naměřeným množstvím otěrových částic v oleji a velikostí opotřebení příslušných strojních součástí
• vanová křivka rychlosti opotřebení v(t)
7
Vanová křivka rychlosti opotřebení
Q – kumulovaný obsah sledovaného kovu v – rychlost opotřebení
Q
Q v
v
záběh
život stroje
Zvýšené opotřebení vedoucí k obnově
t - doba provozu
Ferografická analýza • metoda separace feromagnetických látek z kapalin
• vzorek se přivede na šikmou destičku v nehomogenním magnetickém poli
• po ukončení přivádění oleje se pod mikroskopem zkoumají usazené částice
• DRDR-ferograf – trubička a prosvěcování světlem v místě usazování malých a velkých částic
• OnOn-line ferograf – stejný jako DR, ale pracuje kontinuálně v mazacím nebo hydraulickém systému
• Bichromatický mikroskop – kovové částice při prosvětlování červené (odraz) a nekovové zelené (propouštění)
8
Ferogram • velké otěrové částice – více jak 15 µm (AL – plocha pokrytí) • malé malé otěrové částice – 1 až 2 µm (AS – plocha pokrytí) • index intenzity opotřebení Iio •
Iio = AL2 - AS2 Čím více roste tento poměr, tím větší je opotřebení a uvádí se, že pokud je nárůst poměru 10 x – před poruchou
• Stav stroje - usuzuje se na něj podle velikosti, tvaru a množství otěrových částic Režim práce stroje
Produkt
normální práce stroje
malé ploché částice – stálé množství
počátek většího opotřebení
větší L:S
náhlá porucha abrazívního opotřebení
skokový nárůst L:S (tvar smyček, spirál)
progresivní abrazívní opotřebení
zvýšený počet charakteristických částic
opotřebení v třecích plochách – normální provoz
plošné, destičkové částice
styk kov – kov
více oxidů
stav před poruchou – silné opotřebení
veliké kovové částice
Částice a opotřebení • Adhezívní otěr – šupinky a vločky o průměru 5 – 10 µm a tloušťce 0,25 – 0,75 µm, •
• • • • •
velikost by neměla přesá esáhnout 15 µm, jejich neexistence na ferogramu – zvýšené opotřebení pokud jsou nahrazeny hranolky Abrazí Abrazívní vní otě otěr – drátky, spirálky, třísky s délkou desítek až stovek µm a s tloušťkou desetin µm (6 6 abrazí abrazívní vních částic ve stopě stopě ferografu znač značí neodvratnou havá havárii). rii Při záběhu vznikají také částečky abrazivní, ale jejich tvary jsou srpečky, meče … Částice sfé sférické rické – kulovité tvary vznikající při únavové navovém namá namáhání s průměrem 2 až 5 µm (na jedno valivé těleso bylo napočítáno při havárii 7 miliónů sférických částic) Částice laminá laminární rní – jsou většinou přetvořeny ze sférických jako sekundární (slisovány ve dráze valivých těles), více jak 12 tě těchto částic spolu se sférickými je znakem brzké havárie ložiska (jasně červené částice) Únavové navové částice – vznikají hlavně v ozubení, mají tvar trojhránků o velikosti až v desítkách µm. Také vznikají u valivých ložisek (hladký povrch a nepravidelné okraje Únavový otě otěr – z ložisek (délka : tloušťka = 10 : 1) a z ozubení (4 : 1), díky vysoké teplotě při kontaktu zubů mají díky oxidaci slámově žlutohnědou až bronzově hnědou barvu Korozí Korozívní vní částice – následek chemických reakcí v oleji (zelený okraj, červený střed)
9
Katastrofické částice a částice mezního opotřebení • velké trojrozměrné částice o velikosti 30 až 70 µm a nápadně klesá počet • • • •
vloček jednostranně orientovaná ostrá hrana s poměrem délky a tloušťky až 10 : 1 více jak 6 těchto částic pod objektivem 10x nutné odstavení stroje – blí blížící se havarijní havarijní porucha prů průběh koncentrace částice – normální stav – dynamická rovnováha usazování, rozpouštění, filtrací a vzniku otěrových částic (odběry vzorků před filtrem) normální opotřebení
koncentrace částic
záběh
progresivní rozvoj defektu
výměna oleje doba provozu
Atomová absorpční spektroskopie • přesná laboratorní metoda plně automatizovaná (analýza, vyhodnocení …) • vzorek oleje je zředěn metylizobutylketonem a vytvoří se jeho směs se vzduchem a kyslíkem
• zapálení směsi v přístroji • v plameni dojde k atomizaci sledovaných kovů a následkem toho k absorpci příslušných vlnových délek světelného zdroje
• intenzita jednotlivých linií světla dává informace o obsahu sledovaných kovů • spektrum lze převést na fotocitlivý materiál nebo provést přímou indikaci pomocí fotočlánku a galvanometru
Kolorimetrická metoda • světelná propustnost standardních roztoků se porovnává se vzorkem opotřebovaného oleje
• drahý postup – spálení vzorku oleje a využití popela k analýze • rychlá a levná analýza – extrakce otěrových kovů z oleje do vodní fáze přímo s běžným stanovením obsahu ferometrem
10
Induktivní metoda • využití změny indukčnosti vzorku s rozdílným obsahem feromagnetických otěrových částic (hlavně železa)
• nádobka se vzorkem oleje ovlivňuje měřenou indukčnost solenoidu • výhoda v rychlosti a nízkých nákladech • nevýhoda v malé citlivosti při malém obsahu feromagnetických látek a nemožnost zjišťovat ostatní kovy
Tribodiagnostika řezných kapalí kapalín U vodných roztoků roztoků a emulzí emulzí při diagnostice sledujeme: - koncentraci emulze, emulze, - hodnotu pH, - bakteriá bakteriální lní zneč znečistení istení, - pěnivost emulze. emulze. U řezných ropných a syntetických olejů olejů sledujeme: - viskozitu, - číslo kyselosti, kyselosti, - pěnivost, nivost, - obsah vody, - obsah neč nečistot. istot.
11
Tribodiagnostika plastických maziv Plastická Plastická maziva maziva – koloidné koloidné soustavy oustavy slož ložené ené z mazací mazacího oleje, zpevň zpevňují ující slož složky (kovové (kovové mýdla) a přísad jako např např. tuhé tuhé maziva. Při hodnocení hodnocení jejich vlastností vlastností se sleduje zejmé zejména: na: - Konzistence (stupeň (stupeň tuhosti) - Teplota ská skápnutí pnutí Stá Stálost sa hodnotí hodnotí: - tepelnou stabilitou zachovaní zachovaním struktury (ohř ohřev a ochlazení ochlazení) - mechanická mechanická stá stálost – změ změny v reologických vlastností vlastnostích - koloidná koloidná nestabilita – rozpad plastické plastického maziva
LaserNet Fines-C (LNF-C) Analyzátor částic & Klasifikátor tvarů částic
Sledování stavu strojů, založené na olejové analýze
12
LaserNet FinesFines-C (LNF(LNF-C)
Základní funkce LNF
Identifikace částic opotřebení. Procentní identifikace volné vody. Velikost částic je počítaná přímo a rozdělená do intervalů 55-15µ 15µm, 1515-25µ 25µm, 2525-50µ 50µm a vetší než 50µ 50µm. Na základě kruhového průměru částic přístroj stanoví kódy čistoty NAS, NAVAR a ISO.
13
Protokol – částice adhezivního opotřebení
Protokol – částice únavového opotřebení
14
Protokol – celkové částice
Protokol – norma ISO 4406
15
Protokol – vizuální interpretace zastoupení částic opotřebení
Ford Transit
16
Nové auto
Starší auto
17
Výsledný nomogram
Popis oblastí
18
Tribotechnická diagnostika Technický stav oleje, otěry strojních částí
Vibroakustická diagnostika frekvenční analýza, ultrazvukové emise
19
Vibroakustické metody
Vibroakustika jako hlavní diagnostický signál používá chvění • kmitání • vibrace • hlučnost
Použitý diagnostický signál je zpravidla signálem mnoharozměrným, mnoharozměrným charakterizovaným více parametry
Chvění a hluk jsou přirozenými projevy každého mechanického stroje během provozu
Chvění ve stroji je vybuzené: vybuzené • rotující součásti • přímočaře se pohybující tělesa
Chvění se přenáší na ložiska rotoru a pak postupně až na skříň, rám … (místem kde se chvění sleduje jsou tedy ložiska)
Hluk a celkové chvění stroje Hluk
hluk může být zachycen měřícím mikrofonem a také může sloužit ke specifikaci technického stavu stroje či jeho prvků
chyba měření: • část signálu uniká do okolí • část se odráží od stěn či jiných částí stroje
nelze přesně lokalizovat poruchu a proto se spíše užijí kontaktní metody snímání chvění
Celkové chvění
celkové chvění stroje se využívá jako souhrnný diagnostický signál pro stanovení technického stavu stroje jako celku
pro stanovení technického stavu se provádí analýza chvění
20
Měření chvění
měření chvění je vhodné kombinovat s dalšími diagnostickými metodami (teplota, otáčky, tlak, síly, elektrické veličiny, kroutící momenty …)
Chvění lze měřit: měřit
absolutně (měří se k nějakému pevnémunehybnému bodu v prostoru)
relativně (mezi dvěmi kmitajícími body)
Příklad:
měření chvění na automobilové převodovce
Měření mechanického chvění Jsou tři základní snímače chvění a každý z nich měří některou z veličin (nebo změřený parametr na tuto veličinu transformuje):
• Výchylka – vzdálenost objektu vůči referenční poloze (hřídele nebo rotoru vůči skříni …)
• Rychlost – rychlost se kterou se mění výchylka
• Zrychlení – rychlost změny rychlosti
Ačkoliv mězi těmito veličinami existuje definovaný vztah je třeba si uvědomit, uvědomit, že se jedná o tři rozdílné charakteristiky a ne tři názvy pro tutéž veličinu.
21
Výchylka
v typickém případě se měří bezdotykovými sondami nebo sondami na vířivé proudy (měří se vzdálenost mezi špičkou sondy a vodivou plochou) monitorují chvění hřídele a používají se u strojů s kluznými ložisky měří pohyb hřídele relativně vůči poloze skříně stroje pokud se bude skříň i hřídel pohybovat současně, tak bude výchylka nulová, nulová přestože se stroj jako celek bude silně chvět používají se také pro měření fáze hřídele – úhlová vzdálenost mezi značkou na hřídeli a vibračním signálem (úroveň amplitudy, poloha hřídele …)
Zrychlení matematicky je druhou derivací výchylky (rychlost změny rychlosti) měří se pomocí piezoelektrických akcelerometrů (závaží a pružný člen) pružné členy se střídavě deformují vlivem pohybu závaží a generují elektrický
proud pracují ve velmi širokém pásmu frekvencí (téměř 0 až 100 kHz) protože nejvhodnějším signálem je rychlost chvění, tak jsou zrychlení matematicky integrována na rychlost vibrací
Rychlost vibrací
nejvýhodnější parametr chvění pro diagnostické účely matematicky je rychlost první derivací výchylky starší typy snímačů – jádro které se pohybovalo uvnitř cívky a generované napětí odpovídalo rychlosti pohybu jádra (nespolehlivé a ne příliš příliš přesné) piezoelektrické snímače rychlosti – pracují na stejném podkladě jako akcelerometry, akcelerometry, ale integrují zrychlení na rychlost vibrací jsou to poměrně robustní zařízení střední frekvenční pásmo (3 – 3500 Hz) při trvalém sledování se šroubují přímo na ložiskové domky nebo na skříň stroje při diagnostické prověrce lze snímač držet v ruce nebo připevnit magnetem
Chvění • periodické kmitání • harmonické • neharmonické • náhodné kmitání
22
Harmonické kmitání
základní charakteristikou harmonického kmitání je amplituda (maximální hodnota kmitání – výchylky x, rychlosti ωx, zrychlení ω2x) frekvence f – je to počet kmitů za časovou jednotku f=1/T ω=2.π.f fázový úhel φ – udává polohu kmitajícího bodu vzhledem k počátku (čas = 0)
rozkmit – hodnota harmonického kmitání měřená mezi dvěmi amplitudami opačných smyslů efektivní hodnota – je to výchylka při které harmonický kmit nabývá průměrné potenciální nebo kinetické energie střední hodnota kmitání – bere v úvahu rovněž časový průběh pohybu a je definována xstř = 0,636 . X
Neharmonické periodické kmitání
vznikne složením jednoduchých harmonických kmitů, kmitů jejichž kmitočty jsou racionální čísla opačně každý neharmonický signál lze rozložit na signály harmonické
základní perioda – nejdelší perioda kmitů základní kmitočet – převrácená hodnota periody rozkmit – rozdíl kladné a záporné extrémní hodnoty kmitů během základní periody harmonická složka – harmonický kmit s kmitočtem, který je celistvým násobkem základního kmitočtu (možno i subharmonické složky)
23
Neharmonické kmitání
tímto způsobem se projevuje převážná většina všech vyšetřovaných strojů
tento typ chvění se nepopisuje jednoznačnými matematickými nebo grafickými vztahy
je popisováno na základě statistických charakteristik – určitá nejistota
moderní přístroje dokáží rozpoznat stochastické děje a dobře je popsat
výsledky lze spolehlivě analyzovat
jedná se o práci s pravděpodobnými hodnotami
Stanovení charakteristických hodnot parametrů
Norma ČSN 011411 stanoví podmínky měření chvění sériově vyráběných strojů s otáčkami od 600 do 12000 za minutu
Jako kritérium zavádí mohutnost kmitání neotáčející se části – efektivní hodnota rychlosti kmitů měřená ve frekvenčním pásmu 10 až 1000 Hz
Podle největší naměřené hodnoty se stroje dělí do 15 tříd
24
Měřící přístroje – musí mít kmitočtový rozsah nebo filtr kmitočtového rozsahu 10 až 1000 Hz, frekvenční charakteristiku s plochým maximem od 10 do do 1000 Hz (max. chyba měření 10 %)
Testovaný stroj – uložení stroje přesně podle měřícího protokolu – výrazné ovlivnění výsledku (izolační soustava o hmotnosti 1/10 stroje, menší menší frekvence stroje na uložení než ¼ nejnižší budící frekvence)
Měřící místa – volí se nejčastěji na ložiskových podporách, na místech upevnění upevnění stroje k základu (tam kde vzniká dynamické namáhání)
Snímače – většinou piezoelektrické absolutní s příčnou citlivostí menší než než 5 %, hmotnost menší než 1/10 hmotnosti stroje, možnost dobrého upevnění upevnění ke stroji
Provozní podmínky – mají být ustálené (otáčky, výkon, zátěž, teplota), jsoujsou-li provozní režimy různé, tak se zkouší za různých ustálených podmínek podmínek – výsledkem je nejhorší hodnota bez ohledu na režim
Výsledky zkoušky – zpracovávají se formou protokolu o měření podle příslušné normy
Stanovení hodnot diagnostického signálu – tam kde je vhodná obnova stroje (z ekonomického hlediska), mnohdy složité a proto se pro diagnostiku diagnostiku spokojíme s eliminací havarijních poruch
Alarmní hodnoty
Podstatou je dlouhodobé sledování parametrů chvění samotného stroje (měření za podmínek daných normou)
Nejde o měření absolutní hodnoty, ale nárůstu ustálené hodnoty (limity jsou určovány relativně)
25
Hodnocení kmitání ČSN 01 1412
Stroje s výkonem vyšším jak 300 kW a otáčkami v rozsahu 600 až 12000 za minutu
Německá norma VDI 2056 s podrobnějším členěním
Žádná z norem nemůže vyhovět speciálním požadavkům na 100 %, ale pouze s určitou pravděpodobností
26
Frekvenční analýza chvění
mohutnost kmitání umožňuje rozeznat již velké rozvinuté poruchy (souvisí také se všemi frekvencemi kmitů v měřeném bodě)
signály s malou amplitudou mohou být v celkovém chvění ztraceny a nepoznány
proto se k analýze užívají kmitočtová spektra (signálem k činnosti je nárůst některého kmitočtového spektra)
mnohem rychleji informuje o vznikajícím defektu
základním prvkem každého analyzátoru je kmitočtový filtr (f1 – f2 = šířka pásma filtru)
analyzátor je vybaven celou řadou filtrů, aby byly postiženy pásma s vysokými i nízkými frekvencemi
frekvenční spektrum – Fourierova transformace
Vlastnosti a parametry signálu chvění
Převodovka kulového mlýna poháněná elektromotorem
Oblast nízkých kmitočtů
rychlost otáčení hřídelů (nevyváženost, přesazení …)
dvojnásobek rychlosti otáčení (přesazení, ohyb …)
40 až 49 % rychlosti otáčení (hydrodynamická nestabilita soustavy u málo zatížených hřídelů)
vznik subharmonických a meziharmonických složek (uvolnění mechanických vazeb)
27
Oblast středních kmitočtů
vyskytují se v tomto pásmu složky, které jsou způsobené záběrem ozubených kol
opotřebení zubů
spektrum nového a nezávadného soukolí
Prasklý zub
28
Oblast vysokých kmitočtů
trhlinka nebo jamka ložiska vzniklá únavovým opotřebením nebo korozí
Měření ultrazvukové emise
Ultrazvukové emise podávají více informací než prosté měření hluku nebo chvění
Dobře se tak diagnostikují hydrodynamické systémy vzhledem k vývoji kavitace, jež je intenzívním zdrojem ultrazvukové emise (čerpadla, (čerpadla, turbíny, vstřikovací čerpadla spalovacích motorů, tlakové nádrže, porubí …)
Lze sledovat kromě kavitace i jiné fyzikální parametry (doby a průběhy uzávěrů kapalin, parametry dodávky paliva vstřikovacích čerpadel, čerpadel, činnost kluzných ložisek …)
Lze sledovat proces obrábění (otupení soustružnického nože, okamžik dotyku brusného kotouče s povrchovou strukturou broušeného materiálu materiálu …)
Těmito metodami lze určit také rozsah poruchy
Jedná se o bezdemontážní diagnostiku
29
Kluzná ložiska
Kontrola tribologických efektů (suché, kapalné tření) Činnost a technický stav kluzných ložisek se identifikuje na základě základě kavitace (vliv hydrodynamických tlaků)
Průběh hydrodynamických tlaků
Ultrazvukové emise: a) vadné ložisko b) neporušené ložisko
Vstřikovací čerpadlo
signál kavitace se snímá piezoelektrickým snímačem
vyhodnocuje se měřičem intenzity ulrazvuku v daném kmitočtovém pásmu
zobrazení signálu je vedeno na oscilograf v závislosti na úhlu natočení klikového hřídele
30
Tlakové nádoby
Vibroakustická diagnostika frekvenční analýza, ultrazvukové emise
31
