Ударные импульсы из поврежденного подшипника характеризуются очень быстрым ростом переднего фронта и чрезвычайно короткой длительностью импульса, сравнимой с интервалом чередования (величина, обратная интервалу чередования, называется частотой повреждения).
Амплитуда импульсов - мера мощности удара, зависящая, кроме пространственной протяженности повреждения, также от скорости и условий нагрузки в подшипнике. Частота повреждения определена геометрией подшипника, условиями сборки и скоростью вращения вала.
Так же, как абсолютные колебания подшипника отражают техническое состояние машины и ее отдельных узлов и деталей, так и ударные импульсы содержат всю важную информацию относительно состояния всего подшипника и его элементов:
Поэтому аналогично оценке общего состояния машины в целом или отдельных ее узлов (в зависимости от стоящей задачи - оценивается ли состояние подшипника в целом или состояние его отдельных элементов) может быть использован узкополосный (дискретный) или широкополосный (общий) метод анализа высокочастотных компонент вибрации.
Сначала рассмотрим оценку только общего состояния подшипника, которая описывает состояние подшипника одним отдельным измеренным значением. Узкополосный метод анализа для дискретной локализации повреждения элементов подшипника объясняется в последующих разделах настоящей главы.
В настоящее время не существует общепризнанных международных стандартов или руководящих материалов, которые бы предписывали метод и процедуру измерения, а также содержали бы оценки состояния подшипника. По этой причине используется целый ряд методов измерения и оценки, которые базируются на измерении, обработке и описании ударных импульсов тем или иным способом. Рассмотрим три наиболее распространенных и дающих хорошую сходимость с практическими наблюдениями метода оценки технического состояния подшипников качения на основе анализа ударных импульсов.
Метод BEARCON, используемый фирмой Schenck, основан на измерении ударных импульсов и вибрации на корпусе машины. Применяемый датчик ускорения по типу идентичен обычному акселерометру с резонансной частотой около 32 кГц. Ударные импульсы, наложенные на низкочастотный вибрационный сигнал, заставляют датчик вибрировать с частотой резонанса 32 кГц, генерируя соответствующий электрический сигнал, наложенный на сигнал, пропорциональный амплитуде низкочастотных колебаний собственно машины.
Датчик может быть сравнен в этом случае со звонком, который звонит с периодом следования ударных импульсов. После каждого удара звонок вибрирует с собственной частотой в течение некоторого времени, а сила воздействия, равная амплитуде ударного импульса, определяет громкость звука звонка, пропорциональную амплитуде вибрации на резонансной частоте.
Поэтому выходной сигнал датчика ускорения является суперпозицией сигналов, пропорциональных амплитудам вибрации и ударных импульсов, определенных в точке измерения (рис.1).
Чтобы подавить высокоэнергетические низкочастотные колебания машины и постоянно присутствующий электронный шум в высокочастотной области, сигнал датчика пропускают через полосовой фильтр с полосой пропускания 15 - 60 кГц.
После этого в обработанном таким образом сигнале по существу остаются только ударные импульсы. Специально разработанный фирмой Schenck детектор размера пиков затем определяет энергию ударных импульсов, которая пропорциональна амплитуде, длительности и периодичности ударных импульсов. Применительно к подшипнику качения это означает, что количество энергии содержит информацию относительно размера, места и числа повреждений в подшипнике.
Детектор размеров пиков представляет эту информацию как калиброванное измерение в единицах BCU.
Измерения для оценки состояния подшипника любым из методов (смотри ниже) должны проводиться как можно ближе к соответствующему подшипнику: предпочтительно проводить измерения непосредственно на внешней обойме подшипника, хотя радиальные измерения на корпусе подшипника могут также поставлять ценные, значимые результаты. Чем больше расстояние между источником ударных импульсов и точкой измерения, тем меньшим будет измеряемый сигнал. Нужно избегать таких точек измерения, между которыми и источником ударных импульсов имеются различные препятствия на пути сигнала (ребра жесткости, утонения или утолщения стенок, соединения разнородных материалов и т.п.), потому что каждый переход через препятствие создает ослабление или искажение (при наличии резонанса в зоне перехода, лежащем в том же частотном диапазоне) измеряемого сигнала.
Измерения ударных импульсов для оценки состояния подшипника могут быть произведены датчиком ускорения, присоединенным к измерительной точке с помощью щупа, с использованием магнитного держателя или посредством резьбового соединения.
Самый большой сигнал и результаты с лучшей повторяемостью будут получены в случае привинчивания датчика к корпусу подшипника в точке измерения.
Оценка состояния подшипника на основе единичного измерения фактически невозможна, потому что амплитуда и периодичность следования ударных импульсов зависят от множества влияющих факторов, таких как условия установки подшипника, скорость вращения, условия нагрузки, допуск монтажа и условия смазки. Кроме того, на величину ударных импульсов влияют, как уже отмечалось ранее, положение измерительной точки на корпусе и способ присоединения датчика.
Точность оценки значительно улучшается, когда измерения проводятся с одинаковым интервалом в течение некоторого длительного периода времени, а в качестве критерия оценки используется полученный временной тренд энергии ударных импульсов.
В идеале график измерений должен быть начат с нового подшипника, который имеет определимое начальное состояние с ресурсом работоспособности, равным 100 %.
Согласно опыту, накопленному разработчиком данного метода, подшипник достигает поврежденной стадии, когда значения BCU превышают величины, измеренные на новом подшипнике, в 10-20 раз.
Обязательным условием для получения сопоставимых результатов и правильной последующей оценки технического состояния является то, что единичные, последовательные измерения должны быть проведены при одинаковых условиях эксплуатации машины в тех же измерительных точках, в том же направлении и теми же способами установки датчика.
На рис.2 приведен пример измерения ударных импульсов по вышеприведенной методике для оценки технического состояния подшипников качения насосного агрегата.
Чтобы определить связь между состоянием подшипника и значениями энергии ударных импульсов, измеренных в относительных единицах BCU с постоянным интервалом в течение длительного периода времени, начиная с момента установки нового подшипника, значения BCU были сравнены с визуально определяемым повреждением. Измерения были проведены с использованием акселерометра с резонансной частотой возбуждения, равной 32 кГц, в отмеченной точке около подшипника. Условия эксплуатации подшипника (скорость, нагрузка и условия смазки) были почти идентичны при каждом измерении, так что измеренные значения можно было сравнивать.
