Методы вибродиагностики: Методические указания к лабораторному занятию по курсу «Диагностика горных машин»

1. Цель работы

Изучить применяемые на практике методы вибрационного контроля: анализ разгона/выбега агрегата, пик-фактор, эксцесс, снятие контурной характеристики, ударные импульсы (SPM-метод), анализ траектории движения ротора, тест-удар, вейвлет-преобразование.

2. Анализ характеристики разгона/выбега агрегата

Этот метод диагностики позволяет отследить изменение параметров механических колебаний при разгоне или остановке агрегата. Одним из дефектов, диагностируемых при помощи данного метода, является тепловая неуравновешенность ротора, при которой наблюдается существенный рост вибрации на первой критической частоте при выбеге нагретого ротора по отношению к величине этой компоненты при разгоне холодного ротора, или выбеге не успевшего прогреться ротора. Кроме того, анализ разгонной характеристики позволяет диагностировать дефекты оборудования, которые весьма затруднительно выявить в установившемся режиме работы агрегата (рис. 1).

Рис. 1. Разгонная характеристика

подшипника электродвигателя

Анализ характеристики выбега агрегата позволяет провести точную ассоциацию связи источника вибрации с электрическими дефектами оборудования. В момент времени, соответствующий точке 1 (рис. 2) произведено отключение электрического питания механизма. На осциллограмме видно, как изменился временной сигнал до (сегмент 3) и после отключения электроэнергии (сегмент 4). Помимо этого следует обратить внимание на то, что в спектре виброскорости до отключения присутствовали ярко выраженные гармонические составляющие на частоте питающей сети (50 Гц) и её гармониках. Несоответствие масштабов верхней и нижней частей рисунка объясняется выбранной для анализа длинной выборки и частотой дискретизации сигнала.

Рис. 2. Характеристика выбега агрегата

3. Пик-фактор

Пик-фактором называется отношение пикового значения амплитуды к среднеквадратическому значению параметра виброскорости сигнала. Пик-фактор – один из существенных показателей технического состояния агрегата, нашел своё применение в области диагностики подшипников качения.

Оценка состояния оборудования по значению пик-фактора – пример метода периодической диагностики (рис. 3). По мере развития дефектов агрегата происходит рост значения пик-фактора до некоторого порогового уровня (сегмент 1), что свидетельствует о возникновении единичных ударных импульсов (дефекты тел качения, сепаратора и т.д.). По достижению значением пик-фактора некоторого определенного «критического» (сегмент 2) уровня, происходит последующее снижение этого параметра (сегмент 3), что говорит о появлении большого количества ударных импульсов, опасных для дальнейшей эксплуатации подшипника.

К достоинствам метода следует отнести простой алгоритм проведения измерений, возможность проведения контроля при помощи виброметра.

Недостаток метода – невозможность выполнения диагностики по однократному замеру.

Рис. 3. Диагностика подшипника по значению пик-фактора

4. Эксцесс

Применяется преимущественно для экспресс-диагностики подшипников качения. Эксцессом называется четвертый нормированный статистический момент, вычисляемый по формуле

На практике используют коэффициент эксцесса, который показывает отклонение данного распределения от нормального.

По отклонению значения эксцесса от значения 3 в той или иной частотной области можно судить о степени развития дефекта. На рис. 4 показаны этапы развития дефекта подшипника и изменения значения эксцесса в разных частотных полосах, характеризующие развитие дефекта в подшипнике качения.

Рис. 4. Значения эксцесса, характерные для разных стадий

развития дефекта подшипника качения

(f – частота, Гц; 3, 6, 9 – коэффициенты эксцесса)

Преимущество метода диагностики подшипников по значению эксцесса перед остальными методами анализа виброакустического сигнала состоит в том, что данный метод не требует знания геометрических параметров подшипника. Кроме того, он не чувствителен к изменениям скорости вращения вала и нагрузки. Для правильной оценки состояния подшипников качения необходимо правильно выбирать частотные диапазоны для расчета значений эксцесса.