Vibroakustická a tribotechnická diagnostika

Vibroakustická a tribotechnická diagnostika

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
ení
• Kluzné
Kluzné – (smykové) dochází k relativnímu posouvání makroskopických
dotykových ploch, vyskytuje se v kluzných vedeních, radiálních, axiálních
ložiskách …
• Valivé
Valivé – makroskopické dotykové plochy se cykloidicky přibližují a
vzdalují (valivá ložiska …)
• Vrtné
Vrtné – makroskopické kontakty rotují kolem normály, vyskytuje se v
jemnomechanických strojích (ložiska měřících přístrojů, hodin …)
• Kombinované
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
Opotř
Opotřebení
ebení
Opotř
nežádoucí
doucí trvalá
trvalá změ
změna tvaru, velikosti nebo i struktury
Opotřebení
ebení – než
materiá
materiálu na povrchu souč
součástí
stí (úbytek materiá
materiálu)
lu)
Proces opotř
opotřebení
ebení – záběh (odstraně
(odstranění mikronerovností
mikronerovností), ví
více či mé
méně
ustá
ustálený dě
děj zá
závislý na druhu opotř
opotřebení
ebení (abrazí
abrazívní
vní opotř
opotřebení
ebení má přibliž
ibližně
lineá
lineární
rní nárůst s časem, únavové
navové obvykle progresivní
progresivní charakter)
Druhy opotř
opotřebení
ebení:
• Adhezí
Adhezívní
vní – těsné
sné přiblí
iblížení
ení povrchů
povrchů, ulpí
ulpívání a vytrhá
vytrhávání částic materiá
materiálu
adhezí
adhezívní
vními silami
• Abrazivní
ho
Abrazivní – oddě
oddělová
lování částic za už
užití
ití vně
vnějších
ších částic nebo tvrdší
tvrdšího
povrchu souč
součásti
• Erozivní
Erozivní – oddě
oddělová
lování částic a poš
poškozová
kozováním souč
součásti částicemi nesenými
v proudu vzduchu nebo kapaliny
• Kavitač
Kavitační – oddě
oddělová
lování částic vlivem kavitač
kavitačních procesů
procesů v lá
látká
tkách v
•
•
kapalné
kapalném stavu
Únavové
navové – cyklické
cyklické kontaktní
kontaktní namá
namáhání souč
součástí
stí, kolí
kolísání smykových
napě
napětí, vznik jamek (pitting
(pitting - mazivo)
Vibrač
Vibrační – oddě
oddělová
lování částic z povrchu vlivem vibrací
vibrací v teč
tečném smě
směru za
působení
sobení normá
normálové
lového zatí
zatížení
ení
3
Technický stav strojní
strojních olejů
olejů
Strojní
Strojní oleje mají v provozu široké použití a
následkem periodicky se opakující změny
kvality po každé výměně se stávají
významným nositelem diagnostických
signálů.
Signá
Signály charakterizují
charakterizují:
• technický stav samotné
samotného oleje a určují
jeho výměnu
• opotř
opotřebení
ebení strojní
strojních souč
součástí
stí se kterými
olej přichází do styku a jejichž zplodiny v
sobě absorbuje
Funkce maziva:
maziva
• mazá
mazání
• přenos energie
• těsně
snění
• filtrace
• chlazení
chlazení
• konzervace
Neč
Nečistoty v oleji
• Měkké
kké – jsou tvořeny převážně ropnými pryskyřicemi, studenými kaly
obsahujícími produkty oxidace oleje a paliva ve formě jemné suspenze
organický pů
(organický
původ a rozpustnost v benzenu)
benzenu
• Tvrdé
Tvrdé – jsou tvořené převážně kovovým otěrem třecích ploch stroje (Al, Fe, Cu,
Pb …), prachovými částicemi křemíkové povahy a tvrdým karbonem (nejsou
nejsou
rozpustné
rozpustné v benzenu a vě
většinou mají
mají anorganický pů
původ)
vod
• 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
Posouzení technické
technického stavu oleje
• Motorový olej – znečišťují ho převážně měkké nečistoty, které projdou
palivem, vodou a čističi a souvisí se stá
stárnutí
rnutím oleje.
oleje Naopak voda a palivo v oleji
informuje o špatném technické
technickém stavu motoru nebo nevhodném způsobu
užívání. Tvrdé nečistoty mají na motorový olej menší vliv v důsledku
schopností čistič
ističe 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 vů
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 ná
náplní
plní
•
•
•
•
Kapičkový test
Stanovení celkových nečistot podle světelné propustnosti
Bod vzplanutí
Stanovení velikosti a počtu tvrdých nečistot
Kapič
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
rozpustné slož
složky.
ky
V okrajové
okrajové části se usazuje většina nečistot.
Přítomnost vody v oleji se vyznačuje
charakteristickým vroubkovaným ohraničením
okrajového pásma.
Stanovení
Stanovení celkových neč
nečistot podle svě
světelné
telné
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
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
Stanovení velikosti a poč
počtu tvrdých částic
• důležitá je znalost obsah tvrdých
nečistot
• neméně důležité je znát jejich
distribuční rozdělení
• větší množ
ch neč
množství
ství menší
menších
nečistot má
má
stejné
stejné provozní
provozní důsledky jako
menší
menší množ
množství
ství větších
ších neč
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
Posouzení technické
technického stavu strojní
strojních souč
součástí
stí podle otě
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 rozliš
rozlišit, který pí
píst, lož
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
vanová křivka rychlosti opotř
opotřebení
ebení v(t)
7
Vanová
Vanová křivka rychlosti opotř
opotřebení
ebení
Q – kumulovaný obsah sledovaného kovu
v – rychlost opotřebení
Q
Q v
v
záběh
život stroje
Zvýšené opotřebení
vedoucí k obnově
t - doba provozu
Ferografická
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
kovové částice při prosvětlování
červené (odraz) a nekovové
nekovové zelené
zelené
(propouštění)
8
Ferogram
• velké
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
Rež
Režim prá
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 opotř
opotřebení
ebení
• Adhezí
Adhezívní
vní otě
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
Katastrofické částice a částice mezní
mezního opotř
opotřebení
ebení
• 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)
normá
normální
lní opotř
opotřebení
ebení
koncentrace částic
záběh
progresivní
progresivní
rozvoj
defektu
výmě
výměna
oleje
doba provozu
Atomová
Atomová absorpč
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
Kolorimetrická metoda
• světelná propustnost standardních roztoků se porovnává se vzorkem
opotřebovaného oleje
• drahý postup – spálení vzorku oleje a využití popela k analýze
• rychlá
rychlá a levná
levná analýza – extrakce otěrových kovů z oleje do vodní fáze
přímo s běžným stanovením obsahu ferometrem
10
Induktivní
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)
Analyzá
Analyzátor částic & Klasifiká
Klasifikátor tvarů
tvarů částic
Sledování stavu strojů, založené na
olejové analýze
12
LaserNet FinesFines-C (LNF(LNF-C)
Základní funkce LNF
Identifikace částic opotř
opotřebení
ebení.
Procentní
Procentní identifikace volné
volné vody.
Velikost částic je poč
počítaná
taná přímo a rozdě
rozdělená
lená do
intervalů
intervalů 5-15µ
15µm, 1515-25µ
25µm, 2525-50µ
50µm a vetší
vetší než
než
50µ
50µm.
Na zá
základě
kladě kruhové
kruhového prů
průměru částic př
přístroj
stanoví
stanoví kódy čistoty NAS, NAVAR a ISO.
13
Protokol – částice adhezivní
adhezivního opotř
opotřebení
ebení
Protokol – částice únavové
navového opotř
opotřebení
ebení
14
Protokol – celkové
celkové částice
Protokol – norma ISO 4406
15
Protokol – vizuá
vizuální
lní interpretace zastoupení
zastoupení částic opotř
opotřebení
ebení
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
Vibroakustické metody
Vibroakustika jako hlavní diagnostický signál používá chvě
chvění
• kmitání
• vibrace
• hlučnost
Použitý diagnostický signál je zpravidla signá
signálem mnoharozmě
mnoharozměrným,
rným
charakterizovaným více parametry
Chvě
Chvění a hluk jsou př
přirozenými projevy každého mechanického stroje
během provozu
Chvě
Chvění ve stroji je vybuzené
vybuzené:
• rotující součásti
• přímočaře se pohybující tělesa
Chvění se přenáší na lož
ložiska rotoru a pak postupně až na skříň, rám …
(místem kde se chvění sleduje jsou tedy ložiska)
Hluk a celkové
celkové chvě
chvění stroje
Hluk
hluk může být zachycen měří
ěřícím mikrofonem
a také může sloužit ke specifikaci technického
stavu stroje či jeho prvků
chyba měř
eníí:
měřen
• část signálu uniká do okolí
• část se odráží od stěn či jiných částí stroje
nelze př
přesně
esně lokalizovat poruchu a proto se
spíše užijí kontaktní metody snímání chvění
Celkové
Celkové chvě
chvění
celkové chvění stroje se využívá jako souhrnný
diagnostický signál pro stanovení technického
stavu stroje jako celku
pro stanovení technického stavu se provádí
analýza chvě
chvění
20
Měřen
ěřeníí chvě
chvění
měření chvění je vhodné
kombinovat s další
mi
dalšími
diagnostickými metodami
(teplota, otáčky, tlak, síly,
elektrické veličiny, kroutící
momenty …)
Chvě
it:
Chvění lze měř
měřit
absolutně
absolutně (měří se k
nějakému pevnémunehybnému bodu v prostoru)
relativně
relativně (mezi dvěmi
kmitajícími body)
Příklad:
měření chvění na
automobilové převodovce
Měřen
ěřeníí mechanické
mechanického chvě
chvění
Jsou tř
tři zá
základní
kladní sní
snímač
mače chvě
chvění a kaž
každý z nich měř
měříí některou z velič
veličin (nebo
změř
ený parametr na tuto velič
změřený
veličinu transformuje):
• Výchylka – vzdá
vzdálenost objektu vůč
vůčii referenč
referenční poloze (hř
(hřídele nebo
rotoru vůč
vůčii skř
skříni …)
• Rychlost – rychlost se kterou se mě
mění výchylka
• Zrychlení
Zrychlení – rychlost změ
změny rychlosti
Ačkoliv mězi těmito velič
veličinami existuje definovaný vztah je tř
třeba si uvě
uvědomit,
že se jedná
jedná o tři rozdí
rozdílné
lné charakteristiky a ne tř
tři ná
názvy pro tuté
tutéž velič
veličinu.
21
Výchylka
v typickém případě se měří bezdotykovými sondami nebo sondami na ví
vířivé
ivé proudy
(měří se vzdálenost mezi špičkou sondy a vodivou plochou)
monitorují chvění hřídele a používají se u strojů s kluznými ložisky
měří pohyb hř
hřídele relativně
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 hř
hřídele – úhlová vzdálenost mezi značkou na
hřídeli a vibračním signálem (úroveň amplitudy, poloha hřídele …)
Zrychlení
Zrychlení
matematicky je druhou derivací
derivací výchylky (rychlost změny rychlosti)
měří se pomocí piezoelektrických akcelerometrů
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
zrychlení matematicky
integrová
integrována na rychlost vibrací
vibrací
Rychlost vibrací
vibrací
nejvýhodně
nejvýhodnější parametr chvě
chvění pro diagnostické
diagnostické účely
matematicky je rychlost první
první derivací
derivací výchylky
starší
starší typy sní
snímačů
mačů – jádro které
které se pohybovalo uvnitř
uvnitř cívky a generované
generované
napě
napětí odpoví
odpovídalo rychlosti pohybu já
jádra (nespolehlivé
(nespolehlivé a ne př
příliš
liš přesné
esné)
piezoelektrické
piezoelektrické sní
snímač
mače rychlosti – pracují
pracují na stejné
stejném podkladě
podkladě jako
akcelerometry,
akcelerometry, ale integrují
integrují zrychlení
zrychlení na rychlost vibrací
vibrací
jsou to pomě
poměrně
rně robustní
robustní zař
zařízení
zení
stř
střední
ední frekvenč
frekvenční pásmo (3 – 3500 Hz)
při trvalé
trvalém sledová
sledování se šroubují
roubují přímo na lož
ložiskové
iskové domky
nebo na skř
skříň stroje
při diagnostické
diagnostické prově
prověrce lze sní
snímač
mač drž
držet v ruce nebo
připevnit magnetem
Chvě
Chvění
• periodické
periodické kmitá
kmitání
• harmonické
harmonické
• neharmonické
neharmonické
• náhodné
hodné kmitá
kmitání
22
Harmonické
Harmonické kmitá
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
efektivní hodnota – je to výchylka při které harmonický
kmit nabývá průměrné potenciální nebo kinetické
energie
stř
střední
ední hodnota kmitá
kmitání – bere v úvahu rovněž časový
průběh pohybu a je definována xstř
stř = 0,636 . X
Neharmonické
Neharmonické periodické
periodické kmitá
kmitání
vznikne slož
složení
ením jednoduchých harmonických kmitů
kmitů, jejichž kmitočty jsou
racionální čísla
opačně každý neharmonický signá
signál lze rozlož
rozložit na signá
signály harmonické
harmonické
základní
kladní perioda – nejdelší
perioda kmitů
základní
kladní kmitoč
kmitočet –
převrácená hodnota periody
rozkmit – rozdíl kladné a
záporné extrémní hodnoty
kmitů během základní
periody
harmonická
harmonická slož
složka –
harmonický kmit s
kmitočtem, který je
celistvým násobkem
základního kmitočtu (možno
i subharmonické složky)
23
Neharmonické
Neharmonické kmitá
kmitání
tímto způ
způsobem se projevuje převá
evážná většina vš
všech vyš
vyšetř
etřovaných
strojů
strojů
tento typ chvě
chvění se nepopisuje jednoznač
jednoznačnými matematickými nebo
grafickými vztahy
je popisová
popisováno na zá
základě
kladě statistických charakteristik – urč
určitá
itá nejistota
moderní
moderní přístroje doká
dokáží rozpoznat stochastické
stochastické děje a dobř
dobře je popsat
výsledky lze spolehlivě
spolehlivě analyzovat
jedná
jedná se o prá
práci s pravdě
pravděpodobnými hodnotami
Stanovení
Stanovení charakteristických hodnot parametrů
parametrů
Norma ČSN 011411 stanoví
stanoví
podmí
eníí chvě
podmínky měř
měřen
chvění sériově
riově
vyrá
vyráběných strojů
strojů s otá
otáčkami od
600 do 12000 za minutu
Jako krité
kritérium zavá
zavádí mohutnost
kmitá
kmitání neotá
neotáčejí
ející se části –
efektivní
efektivní hodnota rychlosti kmitů
kmitů
měřen
á ve frekvenč
ěřená
frekvenčním pá
pásmu 10
až 1000 Hz
Podle nejvě
ené
é hodnoty
největší naměř
naměřen
se stroje dě
dělí do 15 tř
tříd
24
Měří
ěřící přístroje – musí
musí mít kmitoč
kmitočtový rozsah nebo filtr kmitoč
kmitočtové
tového rozsahu 10
až 1000 Hz, frekvenč
frekvenční charakteristiku s plochým maximem od 10 do 1000 Hz
(max. chyba měř
eníí 10 %)
měřen
Testovaný stroj – ulož
uložení
ení stroje př
přesně
esně podle měř
měříícího protokolu – výrazné
výrazné
ovlivně
ovlivnění výsledku (izolač
(izolační soustava o hmotnosti 1/10 stroje, menší
menší frekvence
stroje na ulož
uložení
ení než
než ¼ nejniž
nejnižší budí
budící frekvence)
Měří
ěřící místa – volí
volí se nejč
nejčastě
astěji na lož
ložiskových podporá
podporách, na mí
místech upevně
upevnění
stroje k zá
základu (tam kde vzniká
vzniká dynamické
dynamické namá
namáhání)
Sní
Snímač
mače – většinou piezoelektrické
piezoelektrické absolutní
absolutní s př
příčnou citlivostí
citlivostí menší
menší než
než 5 %,
hmotnost menší
menší než
než 1/10 hmotnosti stroje, mož
možnost dobré
dobrého upevně
upevnění ke stroji
Provozní
Provozní podmí
podmínky – mají
mají být ustá
ustálené
lené (otá
(otáčky, výkon, zá
zátěž,
ěž, teplota), jsoujsou-li
provozní
provozní rež
režimy rů
různé
zné, tak se zkouší
zkouší za rů
různých ustá
ustálených podmí
podmínek – výsledkem
je nejhorší
nejhorší hodnota bez ohledu na rež
režim
Výsledky zkouš
eníí podle př
zkoušky – zpracová
zpracovávají
vají se formou protokolu o měř
měřen
přísluš
slušné
normy
Stanovení
Stanovení hodnot diagnostické
diagnostického signá
signálu – tam kde je vhodná
vhodná obnova stroje (z
ekonomické
ekonomického hlediska), mnohdy slož
složité
ité a proto se pro diagnostiku spokojí
spokojíme s
eliminací
eliminací havarijní
havarijních poruch
Alarmní
Alarmní hodnoty
Podstatou je dlouhodobé
dlouhodobé sledová
sledování parametrů
parametrů chvě
chvění samotné
samotného stroje
(měř
eníí za podmí
(měřen
podmínek daných normou)
Nejde o měř
eníí absolutní
měřen
absolutní hodnoty, ale nárůstu ustá
ustálené
lené hodnoty (limity jsou
urč
určová
ovány relativně
relativně)
25
Hodnocení
Hodnocení kmitá
kmitání ČSN 01 1412
Stroje s výkonem vyšší
m jak 300 kW a otá
vyšším
otáčkami v rozsahu
600 až
až 12000 za minutu
Německá
mecká norma VDI 2056 s podrobně
podrobnějším
ším členě
leněním
Žádná
e vyhově
dná z norem nemůž
nemůže
vyhovět speciá
speciální
lním pož
požadavků
adavkům na 100 %, ale pouze
s urč
určitou pravdě
pravděpodobností
podobností
26
Frekvenč
Frekvenční analýza chvě
chvění
mohutnost kmitá
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 kmitoč
kmitočtová
tová
spektra (signálem k činnosti je nárůst
některého kmitočtového spektra)
mnohem rychleji informuje o vznikajícím
defektu
základním prvkem každého analyzátoru
je kmitoč
kmitočtový filtr (f1 – f2 = šířka pásma
filtru)
analyzátor je vybaven celou řadou filtrů, aby byly postiženy pásma s vysokými i
nízkými frekvencemi
frekvenč
frekvenční spektrum – Fourierova transformace
Vlastnosti a parametry signá
signálu chvě
chvění
Převodovka kulové
kulového mlýna
pohá
poháněná elektromotorem
Oblast ní
nízkých kmitoč
kmitočtů
rychlost otá
otáčení
ení hřídelů
delů
(nevyvá
á
ž
enost,
př
ř
esazení
(nevyv
p esazení …)
dvojná
dvojnásobek rychlosti otá
otáčení
ení
(př
(přesazení
esazení, ohyb …)
40 až
až 49 % rychlosti otá
otáčení
ení
(hydrodynamická
(hydrodynamická nestabilita
soustavy u má
málo zatí
zatížených hř
hřídelů
delů)
vznik subharmonických a
meziharmonických slož
složek (uvolně
(uvolnění
mechanických vazeb)
27
Oblast stř
střední
edních kmitoč
kmitočtů
vyskytují
vyskytují se v tomto pá
pásmu slož
složky,
které
které jsou způ
způsobené
sobené záběrem
ozubených kol
opotř
opotřebení
ebení zubů
zubů
spektrum nové
nového a nezá
nezávadné
vadného
soukolí
soukolí
Prasklý zub
28
Oblast vysokých kmitoč
kmitočtů
trhlinka nebo jamka lož
ložiska vzniklá
vzniklá únavovým opotř
opotřebení
ebením nebo korozí
korozí
Měřen
ěřeníí ultrazvukové
ultrazvukové emise
Ultrazvukové
Ultrazvukové emise podá
podávají
vají více informací
informací než
než prosté
prosté měřen
ěřeníí hluku nebo
chvě
chvění
Dobř
Dobře se tak diagnostikují
diagnostikují hydrodynamické
hydrodynamické systé
systémy vzhledem k vývoji
kavitace, jež
jež je intenzí
intenzívní
vním zdrojem ultrazvukové
ultrazvukové emise (č
(čerpadla, turbí
turbíny,
vstř
vstřikovací
ikovací čerpadla spalovací
spalovacích motorů
motorů, tlakové
tlakové nádrž
drže, porubí
porubí …)
Lze sledovat kromě
kromě kavitace i jiné
jiné fyziká
fyzikální
lní parametry (doby a prů
průběhy
uzá
uzávěrů kapalin, parametry dodá
dodávky paliva vstř
vstřikovací
ikovacích čerpadel, činnost
kluzných lož
ložisek …)
Lze sledovat proces obrá
obrábění (otupení
(otupení soustruž
soustružnické
nického nož
nože, okamž
okamžik
dotyku brusné
brusného kotouč
kotouče s povrchovou strukturou brouš
broušené
eného materiá
materiálu …)
Těmito metodami lze urč
určit také
také rozsah poruchy
Jedná
Jedná se o bezdemontá
bezdemontážní diagnostiku
29
Kluzná
Kluzná lož
ložiska
Kontrola tribologických efektů
efektů (suché
(suché, kapalné
kapalné tření
ení)
Činnost a technický stav kluzných lož
ložisek se identifikuje na zá
základě
kladě kavitace (vliv
hydrodynamických tlaků
tlaků)
Prů
Průběh hydrodynamických tlaků
tlaků
Ultrazvukové
Ultrazvukové emise:
a) vadné ložisko
b) neporušené ložisko
Vstř
Vstřikovací
ikovací čerpadlo
signá
signál kavitace se sní
snímá
piezoelektrickým sní
snímač
mačem
vyhodnocuje se měř
měřiičem intenzity
ulrazvuku v dané
daném kmitoč
kmitočtové
tovém
pásmu
zobrazení
zobrazení signá
signálu je vedeno na
oscilograf v zá
závislosti na úhlu
natoč
natočení
ení klikové
klikového hř
hřídele
30
Tlakové
Tlakové nádoby
Vibroakustická
diagnostika
frekvenční analýza, ultrazvukové emise
31