Главная
Конференции
Естественные и технические науки: проблемы трансдисциплинарного синтеза
Разработка метода мониторинга технического состояния опорных узлов горного обору...

Разработка метода мониторинга технического состояния опорных узлов горного оборудования

Секция

Технические науки

Ключевые слова

вибросигнал
обойма
сепаратор
спектральная плотность
частота
амплитуда
колебание
жесткость

Аннотация статьи

В статье приведены взаимосвязи технического состояния элементов подшипниковых опор горного оборудования и спектральных признаков на основе анализа высокочастотной составляющей вибросигнала, позволяющие определить вид дефектов и прогнозировать их развитие.

Текст статьи

Контроль горного оборудования по низкочастотным вибрациям имеет ряд недостатков: невозможность обнаружения и идентификации многих видов дефектов, которые являются причиной отказов подшипников; сложность разделения составляющих вибрации; сложность обнаружения зарождающихся дефектов. Измерения параметров вибрации в широком частотном диапазоне не несут информации о процессах, происходящих в самом подшипнике.

Предпринятые нами попытки применения наиболее распространенных методов, (измерения СКЗ вибропараметров в широком диапазоне частот (от 10 до 1000 Гц), измерение пик-фактора и узкополосных спектров), не позволили с достаточной достоверностью выявлять неисправности подшипниковых узлов буровых станков на ранних стадиях развития и прогнозировать срок их безотказной работы [1, 2, 3, 4].

Поэтому в работе применен алгоритм обработки сигнала, учитывающий то, что вибрации, регистрируемые на корпусе подшипникового узла, представляют сложный колебательный процесс, который можно представить в виде:

.                   (1)

Он состоит из наложения на квазиполигармонический процесс - в области низких и средних частот, случайного широкополосного стационарного процесса ξω(t) – в области высоких частот.

При этом мы исходили из того, что информация о процессах, происходящих в самом подшипнике – ударные взаимодействия элементов подшипника, трение при проскальзывании тел качения, содержится в высокочастотной широкополосной случайной составляющей. Для выделения этой полезной информации и формирование диагностических признаков о зарождающихся дефектах в подшипнике, поступим следующим образом. Путем Фурье – преобразования получали спектральную плотность мощности этого сигнала:

 ,   (2)

где  частотное представление сигнала.

Выделим из этого сигнала фильтрацией выделялась узкополосная компонента ξΔt (в диапазоне шириной в 1/3 октавы) с наибольшей мощностью – эта область соответствует резонансным колебаниям наружного кольца подшипника:

,   (3)

где 0<m<1 – глубина модуляции.

В свою очередь

,       (4)

т.е. представляет амплитудно-модулированный процесс вида:

,      (5)

где mк – парциальный коэффициент модуляции; Ω - угловая частота модуляции.

Поэтому следующим шагом путем фильтрации выделяется медленно меняющийся колебательный процесс, т.е. получаем огибающую исходного высокочастотного сигнала. Затем, снова выполнив Фурье – преобразование, получим «спектр огибающей». Таким образом, оказалось возможным разделить в пространстве частотные составляющие, связанные с характерными дефектами подшипников.

Количественно техническое состояние с помощью спектра огибающей удобно оценивать с помощью обобщенного вибродиагностического параметра по формуле:

.    (6)

В этом случае в матрицу (6) следует подставлять значения парциальных коэффициентов модуляции для характерных частот, связанных с определенными видами дефектов.

Приведенная методика позволяет сопоставить и ранжировать по динамическим свойствам всю совокупность обследованных машин и выявить наиболее неблагополучные места, где вероятнее всего могут произойти повреждения.

Проводя периодические вибрационные измерения и наблюдая за изменением обобщенного вибродиагностического параметра K(t), строились трендовые характеристики, вид которых показан на рисунке.

Здесь в начальный период эксплуатации наблюдается медленное уменьшение величины К по мере изнашивания элементов подшипника и увеличения зазоров. В момент, соответствующий точке А, происходит резкое увеличение интенсивности изнашивания, вызываемого ударно-усталостными процессами вследствие превышения величиной зазора предельного значения.

Рис. Зависимость обобщенного вибрационного параметра от времени

Принимая линейный закон для скорости убывания величины K(t):

,  (7)

Используя известное из теории надежности соотношение между вероятностью безотказной работы подшипниковой опоры P(T) и интенсивностью отказов подшипника λ(T), можно записать:

 или .     (8)

Принимая интенсивность отказов величиной постоянной и пропорциональной энергии колебательных процессов, происходящих в подшипнике при перекатывании тел качения, и проявляющихся в виде компонент с частотами, кратными kZω0, где Z – число тел качения; ω0 – частота вращения вала; k=1,2,3..... – номер гармоники:

λT=cDkZω0,   (9)

где  – средние значение мощности колебаний на частотах, кратных частоте вращений; c – коэффициент пропорциональности. Тогда:

.    (10)

А среднее время наработки между отказами:

   (11)

Таким образом, зависимости (10) и (11) устанавливают взаимосвязь показателей надежности опорных узлов с параметрами их вибрационного состояния.

В результате выполненных исследований получены следующие выводы:

  • в результате исследований обоснован мониторинг технического состояния опорных узлов горного оборудования, позволяющий определить и прогнозировать величину остаточного ресурса и уровень качества опорных узлов в заданные моменты времени;
  • контроль и наблюдение за уровнем вибропараметров позволяет определить характер неисправностей в механических системах горного оборудования.

Список литературы

  1. Барков А.В., Баркова Н.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. СПб.: СПбГМТУ, 2004, 156 с.
  2. Островский М.С. Триботехнические основы обеспечения качества функционирования горных машин. // Часть 2. – М. 1994. С.229.
  3. Солод Г.И., Радкевич Я.М. Управление качеством горных машин. – М. МГИ, 1984, 94 с.
  4. Эгамбердиев И.П. Обоснование метода оценки технического состояния буровых станков. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. – М., МГГУ, 2008.

Поделиться

2335

Яхшиев Ш. Н., Мамадияров А. Ж., Асадова М. А., Саибова М.. Разработка метода мониторинга технического состояния опорных узлов горного оборудования // Естественные и технические науки: проблемы трансдисциплинарного синтеза : сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 25 декабря 2020г. Белгород : ООО Агентство перспективных научных исследований (АПНИ), 2020. С. 70-73. URL: https://apni.ru/article/1690-razrabotka-metoda-monitoringa-tekhnicheskogo

Другие статьи из раздела «Технические науки»

Все статьи выпуска
Актуальные исследования

#45 (227)

Прием материалов

2 ноября - 8 ноября

осталось 5 дней

Размещение PDF-версии журнала

13 ноября

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

26 ноября