Экспериментальная оценка состояния трансмиссии на стенде с замкнутым потоком мощности

УДК 622.232.002

А.С.ФОКИН,

Горно-электромеханический факультет, группа МГМ-01, ассистент профессора А.А.ПОДДУБНАЯ, аспирантка кафедры конструирования горных машин

и технологии машиностроения С.Л.ИВАНОВ

профессор кафедры начертательной геометрии

и графики

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ТРАНСМИССИИ НА СТЕНДЕ С ЗАМКНУТЫМ ПОТОКОМ МОЩНОСТИ

Для проведения своевременного технического обслуживания и ремонта горного оборудования, а также в целях сокращения случаев аварийной остановки оборудования требуются развитые средства диагностирования и мониторинга. В статье рассмотрен сравнительный анализ вибрационной и акустико-эмиссионной диагностики.

Advanced diagnostic and monitoring devices are required to carry out timely maintenance and repair of mining equipment and to reduce the number of emergency shutdowns. The article presents a comparative analysis of vibration and acoustic emission diagnostic techniques.

Повышение надежности горных машин и оборудования в настоящее время невозможно без использования современных средств мониторинга состояния и диагностики оборудования в процессе его эксплуатации.

Информация о состоянии трансмиссий оборудования содержится, прежде всего, в вибрации, акустической эмиссии и интенсивности выделения теплоты при работе трансмиссии. Поэтому изменение виброакустического сигнала в кинематических парах и узлах, повышение температуры отдельных узлов и, в некоторых случаях, изменение свойств смазки являются основой современного направления технической диагностики. Именно это направление расширило возможности существующих методов неразру-шающего контроля, позволило решать практические задачи мониторинга состояния оборудования и, как следствие, предупреждать аварийные отказы, рационально распределять силы и средства при ремонте и обследовании.

Многие годы вибрационная диагностика машин включала два основных направле-

ния: вибрационный контроль, постепенно развившийся до вибрационного мониторинга, и поиск источников повышенной вибрации [1].

В рамках вибрационного контроля обычно решаются три основные задачи: проверка допустимых параметров вибрации и виброакустического сигнала оборудования при вводе его в эксплуатацию; аварийная защита оборудования; оценка состояния оборудования. При этом вибродиагностика предполагает развитую систему расшифровки получаемого сигнала, в первую очередь определяемую размерами и конструкцией машины в целом или ее отдельного узла, подвергаемого диагностике. Достаточно сказать, что вибросигналы от одинакового дефекта у двух типоразмеров подшипников различные.

Переход к оценке сигнала акустической эмиссии позволяет оценить величину и характер изменения диссипации энергии, возникающей при взаимодействии объектов, происходящем в акустическом и ультраакустическом диапазоне сигнала, получить ин-

II-

Рис. 1. Положение характерных точек k на корпусе стенда

D 600 500 400 300 200 100 0

1 2 3 4 5

А

В

7 8 9 10 Номер точки

Рис.2. Сравнительный анализ изменения сигнала акустической эмиссии в зависимости от расположения

точки измерения на корпусе А - D без дефекта; В - D с дефектом; С - (А /В) 100 %

формацию о трении в узле и возможность диагностирования этого процесса с оценкой состояния пары трения, качества посадки, характера и условий смазки и ряда других параметров в контакте. Так, при изменении уровня акустико-эмиссионного сигнала в узле трения возможно оценить качество смазки контролируемого узла, в результате чего снизить интенсивность износа и развитие дефекта, перейти к другому характеру трения.

В частности, для оценки энергетических потерь акустико-эмиссионным методом возможно использование прибора диаг-

ностирования АРП-11, который фиксирует интегральный показатель D, величина которого прямо пропорциональна энергии аку-стико-эмиссионного сигнала. Использование данного прибора позволяет сравнить значения показателя D в различных точках трансмиссии при едином источнике возбуждения колебаний.

Для проверки возможности диагностировать акустико-эмиссионным методом редуктора в целом был проведен эксперимент на стенде с замкнутым потоком мощности.

Испытательный стенд состоит из рамы, установленной на бетонном фундаменте, смонтированном на ней специальном двух-картерном корпусе с двумя валами и электродвигателя типа АОЛ2-21-4 номинальной мощностью 1,1 кВт и номинальной частотой вращения 1400 об/мин, который соединен с входным валом установки с помощью фланцевой муфты. На сплошном валу закреплены два зубчатых колеса, образующих два зубчатых зацепления с колесами, установленными на втором полом разрезном валу. Сквозь последний пропущен торсионный вал, используемый при нагружении замкнутого контура стенда [3].

На первом этапе для сравнения возможностей вибродиагностирования с акустико-эмиссионной диагностикой в точке И (рис.1) стенда были установлены одновременно датчики виброанализатора СД-12М и анализатора ресурса подшипников АРП-11. Замеры вибрационного и акустико-эмиссионного сигналов проводились на приработанных зубчатых передачах с искусственным дефектом и без дефекта. В качестве дефекта была использована алюминиевая пластина, приклеенная на рабочую поверхность зуба левой пары. При этом в процессе эксперимента одна пара (левая) зубчатых колес работала в условиях масляного голодания. Как показал сравнительный эксперимент, оба прибора зафиксировали присутствие дефекта. При использовании виброанализатора СД-12М изменения показаний составили 10 %, а при использовании акустико-эмис-сионного анализатора АРП-11 - 16 %.

Таким образом, при измерениях, проведенных на стенде с замкнутым потоком

6

120 -

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.173

мощности, чувствительность АРП-11 была выше. Это позволяет в дальнейшем сосредоточиться на оценке акустико-эмиссионных показателей для оценки состояния трансмиссии.

Следующим этапом эксперимента было подтверждение полученного результата, а также необходимость поиска наиболее информативных точек состояния стенда. Для этого на его корпусе было выбрано 40 характерных точек и в них произведены измерения показателя D при режиме работы стенда без дефекта и с искусственно созданным дефектом. На рис.2 представлены гистограммы показателя D, измеренные в характерных точках с искусственным дефектом и без дефекта. Показатель D, измеренный в точке без дефекта и с дефектом, изменяется непропорционально. Следовательно, на корпусе редуктора существуют точки, в которых при зарождении дефекта сигнал показателя D увеличится максимально и дефект будет обнаружен раньше. На рис.2 это точка 6, где коэффициент изменения показателя D имеет максимальное значение, хотя

дефект имеет место в левой части стенда. Большее увеличение сигнала следовало ожидать в точке 7, при этом в точке 8 он минимален.

Для получения более полной картины необходимо исключить возможность резонанса в корпусе стенда. С этой целью имеющийся стенд с замкнутым потоком мощности планируется модернизировать, включив в него частотный преобразователь, который позволит изменять не только частоту вращения ротора двигателя, но и спектры возбуждаемых акустико-эмиссионных частот.

ЛИТЕРАТУРА

1. Булатов В.П. Проблемы машиноведения: точность, трение и износ, надежность, перспективные технологии / Под ред. В.П.Булатова. СПб: Наука, 2005.

2. К вопросу оценки ресурса элементов трансмиссии горных машин / А.А.Артемьев, В.С.Потапенко, С.Л.Иванов и др. // Горные машины и электротехника. 2007. № 7.

3. Кремчеев Э.А. Оценка потерь потока энергии в зубчатом зацеплении // Записки Горного института. СПб, 2004. Т. 155(1).