ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ МЕТОДАМИ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ

Аннотация. С целью повышения эксплуатационной надежности оборудования предлагается использовать методы диагностики по параметрам вибрации.  В результате натурных экспериментов определены  зависимости между техническим состоянием мукомольного вальцового станка и параметрами его вибрации.

Ключевые слова: вибрационная диагностика, надежность, вибрация.

Abstract. In order to improve the operational reliability of the equipment is proposed to use diagnostic methods for vibration parameters. The experiments determined the relationship between the technical state of the mill roller mill and the parameters of its vibration.

Keywords: vibration diagnostics, reliability, vibration.

В ГОСТ 27.002-2009 [1] термин надежность определяется как свойство готовности и влияющее на него свойства безотказности и ремонтопригодности, и поддержка технического обслуживания. Надежность машин закладывается на этапе проектирования и изготовления и поддерживается на этапе эксплуатации. На зерноперерабатывающих предприятиях реализовано поточное производство, поэтому к надежности оборудования предъявляются повышенные требования т.к. поломка одной машины приводит к остановке всей технологической линии.

Одним из направлений повышения эксплуатационной надежности является совершенствование технического обслуживания путем повышения уровня квалификации обслуживающего персонала, совершенствования системы сбора и обработки информации об отказах, режимах эксплуатации и неисправностях оборудования, внедрения мероприятий технической диагностики.

Вопросам надежности оборудования предприятий по хранению и переработке зерна посвящена работа А.А. Вайнберга [2]. По мнению автора, требуемый уровень безотказно­сти должен контролироваться и поддер­живаться во время эксплуатации путем свое­временного обнаружения зарождающихся и развитых дефектов методами технической диагностики.

Согласно Практическому руководству [3], методы технического диагностирования позволяют определять состояние изделия и остаточный ресурс, что приводит к увеличению на 30–50 % фактического ресурса (срока службы) машин и оборудования [3, с. 49].

Обзор современного состояния вопроса показал, что среди различных методов технического диагностирования наиболее пригодным для оборудования зерноперерабатывающих предприятий является метод безразборного диагностирования машин по параметрам их вибрации.

Вопросами технического диагностирования оборудования мукомольных заводов по параметрам шума и вибрации занимались М.У. Кацнельсон, А.Б. Демский, М.Д. Руб, Б.А. и др. [4]. Методика диагностирования основана на сравнительном анализе эталонных октавных спектров шума и вибрации и текущих, измеренных у заведомо исправных машин. На основе анализа отклонений формируется заключение о техническом состоянии объекта. Недостатком метода является то, что широкие полосы частот октавного спектра не позволяют точно идентифицировать вид и степень развития дефекта. Более перспективным методом вибрационной диагностики машин является диагностика на основе анализа по параметрам узкополосного спектра колебаний.

В МГУПП проводятся научные исследования по разработке методов спектральной вибрационной диагностики оборудования отрасли. Рассмотрим в качестве примера методику диагностирования машины для измельчения зерна и продуктов его размола – вальцового станка.

Целью исследований является определение диагностических признаков (значений спектральных составляющих вибраций) ряда типовых дефектов вальцового станка – дисбаланс вальцов и дефекты зубчатого зацепления межвальцовой косозубой передачи. Процедура определения диагностических признаков дефектов заключается в сравнении спектра вибрации «идеального механизма» (нового станка) с вибрацией станка, в котором искусственно созданы дефекты.

Исследования проводились  на вальцовом станке марки А1-БЗН, установленного в лаборатории МГУПП. Частота вращения быстровращающегося вальца 456 об/мин (f_бв= 7,6 Гц), передаточное отношение межвальцовой передачи U = 1,22 (число зубьев колеса z_к = 44, шестерни – z_ш = 36), частота вращения медленновращающегося вальца 374 об/мин (f_мв= 6,23Гц). Спектр вибрации измерялся виброанализатором AU-014 (ЗАО «Диамех 2000»). Измерения вибрации подшипниковых узлов проводились с помощью  акселерометра модели РА021, установленного в вертикальном направлении с помощью резьбовых шпилек.

Рассмотрим основные результаты исследований:

1) Дисбаланс мукомольных вальцов. Данный дефект возникает под действием центробежной силы, вызывая низкочастотную вибрацию, что отрицательно сказывается на работоспособности, ресурсе машины, негативно влияет на качество вырабатываемого продукта. Причиной дисбаланса могут стать как кинематические погрешности монтажа, так и первоначальная неуравновешенность или смещение осей инерции вальца, шкива, зубчатого колёса. Моделирование дисбаланса проводилось путем установки на шкиве и зубчатом колёсе дополнительных грузов различной массы. На рис. 1 представлены зависимости спектра вибрации левого подшипника вальца при отсутствии и наличии дисбаланса. Спектр (а) соответствует «идеальному состоянию» (остаточная неуравновешенность вальца соответствует балансировки по 5 кл, согласно ГОСТу). Спектр (б) получен при дополнительном дисбалансе зубчатого колеса быстровращающегося вальца D = 1500 г·см.  Из рисунка видно, что дисбаланс вызывает увеличение амплитуды колебаний на 4,8 мкм на частота вращения быстрого вальца f_бв= 7,6 Гц. Таким образом, диагностическим признаком дисбаланса вальца является увеличение амплитуды колебаний в спектре на частоте вращения вальца.

Рис. 1. Зависимость спектра вибрации подшипникого узла  от дисбаланса: а – уравновешенный валец по ГОСТу, б – дисбаланс D = 1 500 г·см.

2) Перекос зубчатых колес межвальцовой передачи. На рис. 2 показаны спектры вибрации подшипникого узла быстровращающегося вальца при нормальном состоянии передачи (а) и при перекосе зубчатого колеса (б). Величина перекоса определена путем прокатывания копировальной бумаги через передачу. Площадь отпечатка в рассматриваемом случае составила 75%.

Рис. 2. Зависимость спектра вибрации подшипникого узла  от перекоса зубчатого колеса: а – дефект отсутствует; б – перекос колеса.

При наличии перекоса колес в спектре колебаний прослеживается появление дополнительных составляющих на частотах, отстоящих от частоты пересопряжения зубьев f_з = f_бв·z_ш= 273 Гц на частоту вращения колеса – f_к= 6,23Гц. Таким образом, диагностическим признаком перекоса колеса является величина амплитуды колебаний на частотах f_з± f_к.

Выводы:

1. Методы и средства технической диагностики зерноперерабатывающих предприятий обеспечивают повышение эксплуатационной надежности машин;
2. Среди множества методов технического диагностирования оборудования наиболее универсальным и информативным является метод вибродиагностики основанный на анализе узкополосного спектра колебаний машин;
3. Проведенные натурные исследования позволили определить диагностические признаки ряда характерных дефектов вальцового станка – дисбаланс вальца и перекос зубчатого колеса межвальцовой передачи.

Литература:

1. ГОСТ 27.002-2009 Надежность в технике. Термины и определения. – М.: Изд-во стандартов, 2010. – 12 с.
2. Вайнберг А.А. Надежность оборудования предприятий по хранению и переработке зерна. — Одесса, 1986. – 408 с.
3. Надежность машиностроительной продукции: Практическое руководство по нормированию и обеспечению. –М.: Изд-во стандартов, 1990. –328 с.
4. Техническое диагностирование оборудования мукомольных за­водов. М. У. Кацнельсон, А. Б. Демский, М. Д. Руб, Б. А. –М.: Колос, 1984. – 207 с.