Диагностика на търкалящи лагери

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 8, 2007

 

Методи за мониторинг на търкалящи лагери, критерии за незабавната им замяна с нови

Всеки машинен инженер с практически опит в поддръжката оценява високо важността на доброто състояние и нормалното експлоатационно поведение на лагерните възли за оптималната работа на цялата машина. Известно е, че внезапните повреди на лагери биха могли да доведат до сериозни проблеми, включително спиране на машината и дори целия производствен процес. А престоите означават понижаване на производителността на труда и следователно икономически загуби, които предвид все по-високите планови норми в съвременната индустрия водят до търсенето на отговорност и обикновено - последващи наказания. В тази връзка влошаването на експлоатационните характеристики на търкалящите лагери е важен признак за появата на вероятност от повреждането им. Инженерите от практиката знаят също, че внезапните повреди на търкалящите лагери, при които предварително не е наблюдавано продължително във времето влошаване на експлоатационното им поведение, са редки. Подобни повреди обикновено са резултат от неспазване на монтажните изисквания или отсъствие на мазилно вещество. Ако използваният търкалящ лагер е с добро качество, избран е и е монтиран в съответствие с инструкциите на производителя, от момента на появата на първите признаци за влошаване на характеристиките му на работа до реалното му повреждане могат да минат седмици и дори месеци.

Експертна диагностика на лагерите

Съществуват различни принципни подходи за мониторинг на търкалящи лагери. Да се отговори кой е най-подходящият е не само невъзможно, но и неправилно, тъй като отговорът би следвало да се основава на вида на лагера, конкретното съоръжение, от което е елемент, както и въздействието, което повредата му би оказала върху работата на машината или процеса. Важен критерий за избор на диагностичен метод са и финансовите средства, които мениджмънтът на завода би осигурил за практическото му приложение. Машинните инженери от по-старото поколение и днес се отнасят с уважение към т.нар. експертна диагностика на състоянието на търкалящите лагери. При този подход за диагностика операторът на дадена машина на базата на неравномерно въртене или нетипичен шум с голяма вероятност би могъл да направи оценка на текущото състояние на лагерния възел. За немалка част от машинните приложения експертният подход в мониторинга на търкалящите лагери е напълно достатъчен, за да се осигури работа на машината в нормалните експлоатационни параметри и за да не се допуснат технологични престои. Основният недостатък на метода е субективността му - надеждността на оценката зависи от оператора, а за се придобият нужните експертни качества е необходим дълъг производствен опит.

Симптоми

и възможни източници

Натрупаната статистическа информация за работата на търкалящи лагери в широк спектър от приложения позволява да се систематизират възможните симптоми и най-вероятните причини за появата им. Например, неравномерностите при въртене свидетелстват за повредени гривни на лагера, натрупване на замърсявания или по-голяма от оптималната хлабина.

От своя страна, намалената точност на работата на машината е признак за възможно износване на лагерите в резултат на натрупване на замърсявания или недостатъчно мазилно вещество. Алтернатива на изброените причини за намалена точност на работа са и промени в настройката, например появата на несъответстващи на зададените хлабина или стегнатост.

Нетипичният шум при въртене на лагера също е признак за нарушения в нормалното му експлоатационно поведение. Статистически е определено, че ако въртенето на лагера е съпроводено с шум, определим като скърцане, вероятната причина е недостатъчна за нормалната работа на лагера хлабина. Ако шумът, съпътстващ въртенето на лагера, наподобява трополене, съществуват основания да се провери дали контактните повърхности не са повредени. Друга възможност за поява на описания симптом е по-голяма от оптималната хлабина. Източник на неизправността би могло да бъде и неподходящо мазилно вещество. Натрупването на замърсявания също е вероятна причина за поява на нетипичния шум при въртене на лагера. Симптом за нарушаване на нормалната работа на лагера е и постепенното повишаване на нивото на генерирания шум, съпътстващ въртенето му. В случай че операторът на машината, съоръжението или поточната линия се уверят в наличието на този симптом, то сред възможните причини за появата му е например повреда в каналите на лагерните пръстени в резултат от натрупването на замърсявания. Друга възможна причина е промяна в зададената хлабина.

Мониторинг

на мазилното вещество

Лагерите в отговорни приложения обикновено се диагностицират не само на базата на експертна оценка, която, въпреки несъмнените си предимства, е субективна, а чрез използването на подходящи за целта технически методи и средства. Типичен пример за приложения, при които непрекъснатият мониторинг е желателен, са лагерите в турбини. Изборът на метод и конкретни средства за реализацията му се основава на вида на очакваните повреди.

Сред основните предпоставки за безпроблемна работа на лагерния възел е осигуряване на качествено мазане, което включва не само избор на подходящо мазилно вещество, но и поддържане на необходимото количество и качество на смазката през експлоатационния живот на лагера. Съществуват различни подходи за мониторинг на състоянието на използваното мазилно вещество. Например, текущото количество на мазилното вещество се контролира чрез различни конструктивни решения на лагерния възел, измерване на налягането или дебита на смазката.

Освен количеството на мазилното вещество, на контрол подлежи и степента му на износване. Ако характеристиката се мониторира през определен интервал от време, възможно решение е например спектрален анализ на проби от смазката. Ако спецификите на приложението изискват степента на износване на мазилното вещество да се следи непрекъснато, сред възможните решения е използването на специален трансмитер.

Температурата свидетелства за некачествено мазане

Измерването на температурата в лагера се приема като сравнително лесен и много надежден начин за откриване на повреди, причинени от некачествено мазане. На фиг. 1 са показани работни характеристики на лагери в добро експлоатационно състояние. Както е видно, при работа в стационарен режим температурата в лагерите достига постоянни стойности. Работните характеристики на същите лагери, показани на фиг. 2, свидетелстват за некачествено мазане. Рязкото нарастване на температурата е показател за недостатъчно мазилно вещество или възникване на радиално или аксиално претоварване на лагерите. Графиката на фиг. 3 показва общо влошаване на условията на мазане на лагера. За това се съди по резките промени в температурата на лагера, допълнени от явна тенденция към повишаването й.

Като техническо средство за измерване на температурата най-често се използват термодвойки. Въпреки че мониторингът на температурата се приема като много надежден метод за контрол качеството на мазане, по отношение откриване на местни повреди в начален стадий или умора на материала се счита за неподходящ.

Мониторинг на точкови повреди

Друг метод за мониторинг на търкалящи лагери е вибрационният анализ. Този метод представлява мощен инструмент за откриване на локални повреди като вдлъбнатини, причинени от търкалящите елементи, корозия или пукнатини в ранен етап от появата им. Типичен пример е показаната на фиг. 4 повреда на вътрешната гривна на сферичен търкалящ лагер. На фиг. 5 е показан честотният спектър на лагер в добро експлоатационно състояние и повреден лагер. С nir е означена честотата на въртене на вътрешния пръстен на лагера в min-1, а с fir - честотата на сигнала от вътрешната гривна на лагера в Hz. На базата на максималните стойности на скоростта и ускорението на генерираните вибрации като функция на честотата им, чрез последващ анализ се съди за появата на локални повреди. Съществуват различни методи за анализ, които предлагат различна точност в зависимост от конкретните работни условия. Сред най-често използваните методи са базираните на измерване на ефективните стойности, измерване на пиковите стойности, анализ на обвиващата крива и др.

Вибрационният анализ

от друга страна, се приема като особено подходящ за откриване на повреди на лагерите поради умора на материала. Надеждността на получените резултати от вибрационния анализ при търкалящи лагери е висока, но методът най-лесно се прилага при лагери с точков контакт между гривните и търкалящите елементи, като например сачмени лагери. Вибрационният анализ не се препоръчва с цел мониторинг на условията на мазане. Както вече бе подчертано, измерването на температурата е изпитан метод за изследване качеството на мазане на търкалящите лагери. За особено отговорни приложения и двата метода - вибрационният анализ и измерването на температурата в лагера, се прилагат комплексно.

В редица случаи, въпреки наличието на някаква повреда в търкалящите лагери, машината би могла да продължи на работи за определен период от време. Отговорът на въпроса колко дълго машината би била в експлоатация зависи от редица фактори, сред които натоварването на лагерите, работните им скорости, генерираните вибрации и качеството на мазане, включително количеството и чистотата на използваното мазилно вещество. На фиг. 6 могат да се видят резултатите от обширно изследване, направено на базата на радиално-аксиален сачмен лагер. Изследването има за цел да покаже развитието на повреда в резултат от умора на материала в канала на вътрешната гривна на лагера във времето. Интервалите, през които е извършена инспекцията на състоянието на лагерната гривна, са дадени като процент от номиналния живот на лагера L10.

Условия за незабавна смяна на лагера

След като лагерната повреда бъде открита, основният въпрос, който занимава специалистите, ангажирани с поддръжка на машината, е дали лагерът да бъде сменен веднага или е възможно да се изчака до следващия планов ремонт. Всеки, който се е изправял пред подобна дилема, знае колко е трудно да се отговори достатъчно еднозначно на този въпрос при определени условия. Разбира се, има и ситуации, при които без колебание се налага замяна на лагера. Например, ако внезапно при работа на високи обороти лагерният възел прегрее в резултат от прекъсване на процеса на мазане, лагерът следва да се замени веднага.

Ако, обаче, в резултат от повредата на лагер точността в работата на машината се понижи, но качеството на продукцията се запази в допустимите граници, обикновено се изчаква до следващия планиран ремонт за смяната му.

Установено е, че лагерните повреди прогресират сравнително бавно, ако натоварването на лагера не е високо спрямо максимално възможния товар, който той теоретично би могъл да понесе. В подобни приложения също е препоръчително да не се прекъсва работата на машината или съоръжението за незабавна замяна на лагера, а да се изчака до първия планиран ремонт. Логично, колкото по-голям е понасяният от лагера товар, толкова по-бързо прогресира установената повреда. В сила е и правилото, че когато лагерните повреди са в много начален стадий, първоначално прогресирането им е бавно, но когато достигнат определен размер, скоростта на нарастването им се увеличава много бързо. На фиг. 7 е показано развитието в размера на повредата във функция на работния период след откриването й.

Статията продължава в следващия брой на сп. Инженеринг ревю.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top