ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН

Яценко В.А., канд. техн. наук, Денисова О.В., Кривоконь А.Л.

Проанализированы методы определения технического состояния подшипников скольжения шахтных подъемных машин.<

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными практическими задачами Наряду с подшипниками качения, подшипники скольжения нашли широкое применение во многих крупных машинах и механизмах. Это относится к компрессорным, вентиляторным, подъёмным машинам.

В настоящее время диагностика подшипников скольжения подъемных машин в эксплуатационных условиях осуществляется путем измерения уровня их вибрации, шума, температуры. Однако такие измерения в большинстве случаев обладают малой точностью, информативностью и достоверностью. Это обусловлено тем, что шумы, вибрация и температура зависят не только от состояния подшипника. Существующие методы предупреждения отказа подшипниковых узлов основаны на вероятностном прогнозе и связаны с системой планово-предупредительных ремонтов, требующих разборки и сборки опор подшипника. Как правило, такой контроль лишь констатирует факты уже значительных повреждений. Имеет место либо недоиспользование ресурса подшипника, либо его отказ.

Существующие методы безразборного контроля (магнитопорошковая, ультразвуковая дефектоскопия) непригодны для определения технического состояния подшипников. В связи с этим для беззаразборной диагностики подшипников скольжения целесообразно использовать косвенные методы (рентгеноскопия, голография, вибродиагностика и др.). Видится перспективным использование в качестве источника информации вибросигнала.

Целью данной работы является анализ особенностей определения технического состояния подшипников скольжения шахтных подъемных машин.

Изложения основного материала исследования Подшипник скольжения состоит из части вала (шейки), антифрикционного вкладыша и слоя смазки между ними. Процессы, протекающие в нём, достаточно сложны и зависят от многих внешних и внутренних факторов.

Все возникающие отклонения от нормальной работы связаны с:

• состоянием рабочих поверхностей;

• величиной зазора между валом и антифрикционным вкладышем;

• несущей способностью слоя смазочного масла;

эллипсностью шейки вала.

Состояние рабочих поверхностей определяется их износом.

Так, шейка вала в результате неравномерного износа, может иметь в поперечном сечении форму эллипса или трёхгранника. При этом происходит увеличение частоты вибрации масляного клина из-за увлечения его в движение валом. Как следствие, вертикальные и, в некоторой степени, горизонтальные спектры вибрации имеют гармоники, пропорциональные частоте вращения вала, а их количественное значение определяется эллипсностью шейки вала.

Величина зазора между валом и антифрикционным вкладышем измеряется и тщательно контролируется в процессе эксплуатации. При этом контроль должен осуществляться со всех сторон вала, а не только нижней части вкладыша, т.к. зазор даже в верхней части подшипника играет существенную роль в стабилизации вращения всего ротора. В процессе эксплуатации оборудования из-за износа зазоры постепенно увеличиваются. При наличии другого дефекта (дисбаланс, расцентровка) возникают вибрации, приводящие к обкатыванию вала по окружности подшипника. На спектре виброскорости появляется целая гамма оборотных гармоник.

С увеличением боковых зазоров растут поперечные составляющие и становятся большими вертикальных, т.к. «сдвинуть ротор в бок» легче, чем «приподнять» его. Спектр этого дефекта показан на рис. 1

Рис. 1 Спектр виброскорости подшипника скольжения с увеличенным зазором

Несущая способность слоя масла является основным эксплуатационным параметром (рабочий слой масла в подшипнике скольжения часто называют «масляным клином»). Чем тоньше слой масла, тем выше несущая способность подшипника. Но уменьшение этого слоя ведёт к снижению устойчивости подшипника к динамическим нагрузкам и появлению эффекта касания вала вкладыша.

На рис.2 схематично показан подшипник скольжения со значительно увеличенными зазорами (для наглядности). Окружность вала выделена более жирной линией и стрелка указывает направление его вращения.

Рис. 2 Схематичное изображение подшипника скольжения

При изменении нагрузки на подшипник центр вала смещается относительно центра подшипника, при этом изменяется и величина слоя масла.

На рис. точки 1,2,3 являются характерными в траектории перемещения центра вала при изменении нагрузки. Точка 1 соответствует максимально допустимой нагрузке на подшипник, когда его несущая способность исчерпана полностью (равна нулю) и началось касание вала о вкладыш. Точка 2 делит линию нагрузки на два участка: 1-2 и 2-3. Точка 3 соответствует полному отсутствию нагрузки на подшипник.

Участок 1-2 –участок устойчивой работы подшипника, когда его силовая реакция равна нагрузке. Так, при увеличении нагрузки на вал на 5 %, рабочая точка подшипника сместится по линии 1-2 на столько, чтобы обеспечить увеличение несущей способности на эти же 5 %.

На участке 2-3 картина динамических процессов иная. Направление кривой 2-3 противоположное 1-2. Вследствие этого появляется специфический эффект, получивший название «перерегулирование». Вал возвращается обратно, но по инерции проходит точку равновесия, перемещаясь несколько дальше по кривой 2-1. В результате чего на вал будет действовать сила от масляного клина, превышающая нагрузку. Это заставляет вал перемещаться снова в точку равновесия, но опять же по инерции он проходит эту точку и попадает в первоначальное положение (а возможно и дальше). Таким образом, в результате получаем автоколебание вала на масляном клине относительно точки равновесия. Как показывают исследования [1,2], частота автоколебаний примерно одинакова у всех подшипников и составляет 0,42-0,48 оборотной частоты вала. Она указывает на относительную скорость перемещения масла в зазоре между неподвижным вкладышем и вращающимся ротором. В идеале она должна равняться половине (0,5) частоты вращения вала. Её уменьшение до указанных выше значений объясняется незначительным истечением масла через боковые зазоры подшипника.

По частоте автоколебаний можно косвенно судить о состоянии рабочих поверхностей подшипника. Если частота вибрации с течением времени смещается к отметке 0,5 оборотной частоты ротора, то можно утверждать, что состояние внешней поверхности вкладыша «хорошее» и «неудовлетворительное» состояние шейки вала. Масло заполняет неровности шейки вала, и скорость перемещения увеличивается. И наоборот, если частота автоколебаний смещается к 0,4, то это означает, что качество шейки вала лучше поверхности вкладыша. Масло заполняет поверхностные дефекты и поэтому «тормозится». Для исключения автоколебаний масляного клина в подшипниках скольжения применяют некруглой формы расточки; секционные вкладыши (с подвижными секционированными и независимыми рабочими поверхностями).

Эллипсность шейки вала является результатом её неравномерного износа и, как отмечалось выше, увеличиваются частоты вращения масляного клина (от 0,42 до 0,48 оборотной частоты), так как масло, в большей мере, увлекается ротором.

Выводы. В данной статье изложены основные принципы вибродиагностики обследования подшипников скольжения шахтных подъемных установок.

Диагностику состояния подшипников скольжения следует осуществлять посредством анализа и оценки амплитудно-частотных соотношений спектров вибрации подшипниковых опор, получаемых методом стандартного спектрального анализа вибросигнала, получаемого с вибропреобразователя, устанавливаемого на опоры подшипников коренного вала подъемной машины.

Список использованных источников

1. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации.- Ассоциация ВАСТ, Россия, С- Петербург,2000.

2. Руссов В.А. Спектральная вибродиагностика.- Пермь: Виброцентр, 1996.- Вып.1.- 176с.