Diagnostyka stanu łożysk tocznych metodą SPM HD

AS Instrument_m

Zdjęcie: AS Instrument Polska

 

Ze względu na konstrukcję maszyn węzły łożyskowe są najczęstszą przyczyną awarii potrzeba ich pełnej kontroli zabezpiecza statystycznie około 2/3 potencjalnych problemów przy eksploatacji maszyn produkcyjnych.

Wg producentów łożysk na pierwszym miejscu bezpośrednich przyczyn awarii łożysk jest nieprawidłowe smarowanie. Następne powody to uszkodzenia wynikające ze zmiennych obciążeń podczas pracy łożyska czy też błąd montażu łożyska.

Najbardziej rozpowszechniona metodą kontroli łożysk obecnie na rynku ze względu na łatwość zrozumienia jest kontrola temperatury łożyska. Stosowane do pomiarów przyrządy i czujniki mają określić czy właśnie zmierzona temperatura przekroczyła dopuszczalną, lub uważaną za akceptowalną wartość. Niestety metoda nie określa jaka jest przyczyna wzrostu temperatury, a ponadto jest zjawiskiem wtórnym – to wada lub uszkodzenie łożyska wywołuje wzrost temperatury.

Podobnie w przypadku metody kontroli stanu łożysk w oparciu o znormalizowane pomiary RMS parametrów drgań zgodnie z normą ISO. Tutaj także pomiary służą określeniu czy drgania przekroczyły dopuszczalne poziomy alarmowe. W tym przypadku progi alarmowe są narzucane przez normę a ich poziom zależy m.in. od wielkości maszyny, sztywności jej posadowienia podczas pomiarów lub prędkości obrotowej.

Niestety ta metoda także niewiele może powiedzieć o stanie łożysk tocznych (smarowaniu lub jakości mechanicznej). Drgania znormalizowane, generowane przez elementy łożyska są o tak niskiej energii, że dowolne zjawiska pochodzące od ruchu obrotowego np. nawet bardzo mała niewywaga ma zdecydowanie większą energię, maskując sygnały z łożysk.

Znając powyższe ograniczenia producenci systemów diagnostycznych już w latach 70-tych zastosowali do oceny stanu łożysk szczegółową analizę widma drgań łożysk FFT. Ponieważ poszczególne elementy łożyska w widmie FFT drgań mają charakterystyczne wzory to znajdując je w widmie operator systemu. stwierdza o wystąpieniu w badanym łożysku uszkodzenia nazywanego symptomem.

Jako metoda nieznormalizowana nie pozwala niestety określić natężenia problemu w łożysku. Poprzez pojedynczy pomiar, bez dłuższego śledzenia sygnałów nie można ocenić czy wykryty symptom natychmiast grozi awarią. Często zauważane w widmie symptomy występują w urządzeniach pracujących prawidłowo, gdyż taka jak konstrukcja mierzonego obiektu. Ograniczeniem metody jest niska prędkość obrotowa, praktycznie niemożliwa jest diagnostyka łożysk przy prędkościach poniżej 60 obrotów na minutę.

Na rynku występują także inne metody specjalnie ukierunkowane na badanie stanu mechanicznego łożysk wykorzystujące szczegółową analizę widma drgań FFT. Metody te różnią się obróbką widma drgań, stosowanymi różnymi zakresami częstotliwości czy dodatkowymi algorytmami obliczeniowymi, ale wszystkie bazują na wykorzystaniu analizy widmowej drgań. Opracowane zostały przez różnych producentów i są najczęściej wykorzystywane w produkowanych przez nich systemach kontroli maszyn. Podobnie jak w przypadku metody FFT drgań kontrola łożysk tymi metoda nie jest w stanie określić jakości smarowania.

Inne metody takie jak: odsłuch pracy łożysk stetoskopem lub badanie ultradźwiękowe opierają się na subiektywnych doświadczeniach operatora. Nawet doświadczenie operatora nie jest czasem wystarczające, gdyż można popełnić błąd oceniając, że mocniejszy (lub głośniejszy sygnał) dla różnych maszyn oznacza, że stan łożyska jest pogorszony. Dlatego te metody najlepiej zdają egzamin do wyszukiwania tych łożysk, które wyróżniają się na tle dużej populacji podobnych łożysk pracujących w zbliżonych warunkach np. w maszynach wielorolkowych, liniach transportowych itp.

Jedyną obecnie na rynku metodą diagnozującą szczegółowo zarówno jakość współpracy mechanicznej elementów łożysk tocznych jak i jakość smarowania łożyska tocznego na ruchu jest opatentowana przez SPM Instrument metoda SPM HD, opracowana 3 lata temu na bazie klasycznej metody Impulsów Uderzeniowych z lat 60.

Metoda ta zarówno ocenia zgrubny stan łożyska (w tym przypadku dane wejściowe to prędkość obrotowa i średnica wału pod łożyskiem) jak i szczegółowy obraz łożyska (potrzebna jest także informacja o producencie). Dzięki specjalnie opracowanym przetwornikom, z wysoką czułością na sygnały o wysokiej częstotliwości nie ma problemu z pomiarem nawet przy większej odległości czujnika od łożyska. Badanie przebiegów czasowych sygnałów z łożysk o największych przyspieszeniach metoda ocenia i wykrywa uszkodzenie łożyska.

Bardzo istotna jest obróbka zebranych sygnałów dzięki specjalnym algorytmom matematycznym. Odfiltrowywane są przypadkowe udary, nie pochodzące z łożysk, a wykorzystanie statystyki udarów eliminuje wszystkie niestandardowe sygnały z innych źródeł – widmo jest obliczane i wyświetlane wyłącznie na podstawie sygnałów z łożyska. Dzieli funkcji Śledzenia rzędnych tzw. Order Tracking metoda SPM HD jest odporna na zmieniającą się w krótkim czasie prędkość obrotową a więc na jakość wyświetlanego widma w funkcji częstotliwości.

Metoda daje bardzo dobre efekty przy niskich prędkościach obrotowych, już przy prędkości 3 obroty na minutę wyświetla klarowny obraz widma, łatwy do oceny w postaci widma impulsów z łożysk oraz stan filmu olejowego. SPM HD® jest równie skuteczna przy wysokich prędkościach obrotowych dając wysokiej jakości obraz pracy łożyska np. turbosprężarek.

Diagnostyka stanu łożysk tocznych jest niezwykle istotna. Oczywiście nie ma metody idealnej, ale biorąc pod uwagę i skuteczność, i czułość wykrywania pogorszonego stanu łożyska obecnie najpełniej stan łożyska opisuje metoda SPM HD®. Metoda analizy FFT drgań doskonale uzupełniają system diagnostyczny w przypadku oceny kondycji pojedynczej maszyny lub zespołu maszyn jako metoda do wykrywania innych potencjalnych symptomów uszkodzeń, które mają swoje charakterystyczne przebiegi harmonicznych w widmie drgań.

 

Autor: Andrzej Skrzypkowski, AS Instrument Polska

 

Materiał pochodzi z konferencji „Forum Służb Utrzymania Ruchu” 2014, organizowanej przez MOVIDA Conferences Movida logo

Authors

Related posts

Góra
English