Вибро-аккустическая диагностика

При возвратно-поступательном движении сопряженных частей различных механизмов неизбежно возникают механические колебания. Их источником являются неуравновешенные детали, собственные резонансные частоты машин. Анализ параметров этих колебаний позволяет делать выводы об исправности или неисправности отдельных элементов оборудования, механизмов, агрегатов и о степени их износа. Именно поэтому виброхарактеристика является важнейшим техническим параметром устройства.

В процессе функционирования механизм совершает механические колебания, охарактеризовать которые возможно посредством следующих характеристик:

• Максимальной амплитудой – Хпик – или максимальным отклонением тела от точки своего равновесия (состояния покоя).
• Среднеквадратическое значение амплитуды – Хскз – квадратный корень из среднего квадрата амплитуды колебания.
• Удвоенная амплитуда колебаний – Хразмах – отклонение тела от точки покоя как в одну, так и в другую сторону.

Кроме колебаний тела по координате существуют еще и виброскорость – характеризующая быстроту изменения координаты, а также виброускорение – скорость изменения скорости. Обе эти характеристики также синусоидальны и сдвинуты друг относительно друга на 90 градусов, т.е., при максимальной скорости ускорение равно нулю. В качестве единиц измерения виброскорости в нашей стране используются значения м/с (метр в секунду) либо мм/сек (миллиметр в секунду).

На изображенном графике представлен простейший вариант амплитудно – временной диаграммы, посредством которой можно интерпретировать, например, возвратно-поступательное движение поршня, вызывающее колебания тела.

Вибрация механизма – это отклик на силы, вызванные ее механическими частями. В идеале амплитуда колебаний должна быть пропорциональна величине сил вызывающих вибрацию, но на практике все несколько сложнее. Износ сопряженных частей механизмов: подшипников качения, валов, шестерен появляющиеся микротрещины, приводит к увеличению зазоров, а, следовательно, к появлению новых частот в общем колебательном процессе. Кроме этого в общую картину добавляются механические колебания различных деталей механизма, к примеру, колебания вызванные вращением ротора, колебания вызванные качением тел подшипника и пр. Наиболее опасными являются режимы работы, при которых собственные частоты колебаний совпадают либо кратны вынужденным частотам колебаний механизма. При этих условиях возникает явление резонанса, которое вызывает поломку или быстрый износ механизма.

По одной лишь амплитудно-временной диаграмме невозможно определить ни число, ни частоты составляющих всего сложного колебательного процесса, поэтому анализ виброхарактеристики оборудования проводят в частотной области, исследуя частотный спектр колебательного процесса.

В процессе эксплуатации механизмов вследствие износа и усиливающейся вибрации, в частотных спектрах появляются все новые гармонические составляющие, вызванные:

• выщерблением металла с поверхностей трения, из-за чего появляется дополнительная тряска механизмов (вибрация, неровная работа), связанная с качением по неровной поверхности
• ударами (стук и повышенный шум) образованными металлическими частями деталей вследствие увеличивающихся из-за износа зазорами, разболтанностью креплений и пр.

В целях проведения частотного анализа создано множество измерительной аппаратуры, с привлечением математического аппарата, при помощи которой возможно отслеживать частотный спектр виброхарактеристики, сравнивая, насколько изменился спектр вибрации машины в процессе эксплуатации.

​

Своевременная диагностика позволяет локализовать возникающие дефекты и содержать силовые агрегаты, двигатели, трансмиссию в исправном состоянии, не допуская аварийных ситуаций, для устранения которых потребуются большие временные и материальные затраты. (в качестве примера можно привести несвоевременное обнаружение критического износа вкладыша шейки коленвала, способное привести к заклиниванию и капитальному ремонту всего двигателя).

В основном принцип работы подобной аппаратуры заключается в сравнении неких пороговых значений вибрации, заложенных в измерительную аппаратуру с действительными значениями вибрации, полученными при измерении. Пороговые значения при этом могут быть разбиты на несколько значений, которые показывают, в каком состоянии находится механизм - нормальном или предаварийном.

Периодически осуществляя контроль вибрации работающего оборудования, предоставляется возможность вовремя обнаружить:

• износ подшипников;
• разбалансировку ротора;
• несоосность передач;
• увеличение зазоров в кинематических парах;
• несимметричность питания электрических машин и многие другие отклонения и неисправности.

Числовые значения, полученные при помощи диагностики, например, на акпп или двигателе сложно анализировать, так как нет исходных данных и попросту не с чем сравнивать. Но, получив одни данные их можно сравнить с данными после обработки ремонтно-восстановительным составом. И таким образом сделать вывод о компенсации зазоров, их восстановлении.