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
Download

Tribodiagnostika a vibrodiagnostika