Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ технического состояния экскаваторного парка угольных разрезов кузбасса 10
1.1 Обзор парка оборудования 10
1.2 Результаты вибродиагностических обследований экскаваторного парка Кузбасса 18
1.3 Предпосылки к совершенствованию систем технического обслуживания и ремонта 19
1.4 Система ремонта и обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию 23
1.5 Обзор современных методов диагностики технического состояния 26
1.6 Цели и задачи исследования 31
1.7 Выводы 32
2 Создание системы признаков дефектов по параметрам вибрации 34
2.1 Системы нормирования параметров вибрации 37
2.2 Выводы 52
3 Неуравновешенность ротора (дисбаланс) 53
3.1 Выводы 74
4 Дефекты подшипниковых узлов 75
4.1 Выводы 101
5 Дефекты зубчатых передач 102
5.1 Выводы 120
6 Система мониторинга и диагностики оборудования 121
6.1 Основы системы мониторинга 121
6.2 Пример создания системы мониторинга 127
6.3 Система учета аварийных отказов и ремонтов оборудования 132
6.4 Эффективность внедрения системы диагностики и мониторинга оборудования 139
6.5 Выводы 144
Заключение 145
Библиографический список
- Результаты вибродиагностических обследований экскаваторного парка Кузбасса
- Система ремонта и обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию
- Неуравновешенность ротора (дисбаланс)
- Пример создания системы мониторинга
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие открытого способа добычи полезных ископаемых в настоящее время идет по пути концентрации производства, увеличения удельной мощности и, следовательно, усложнения оборудования.
Тяжелые условия работы горно-транспортного оборудования, связанные с нестабильностью горнотехнических условий, знакопеременными и ударными нагрузками, износом оборудования, приводят к снижению производительности и повышению трудоемкости работ по техническому обслуживанию и ремонту [77].
На ремонт оборудования, являющегося самым трудоемким вспомогательным процессом на открытых разработках, расходуется до трети всех затрат на добычу полезного ископаемого. Ремонтом и техническим обслуживанием занято около 30% списочного состава рабочих. Уровень механизации очень низок, более половины затрат труда приходится на операции, выполняемые вручную [80,81].
Острота проблемы повышения надежности и качества эксплуатации оборудования обуславливается [78, 79]:
поточным характером производства, где одноковшовые экскаваторы в большинстве случаев являются ведущим звеном всего технологического комплекса;
усложнением конструкций оборудования, опережающим внедрение современных методов повышения надежности;
низкой надежностью и малыми сроками службы деталей и узлов, что вызывает неоправданно большие трудовые и материальные затраты на ремонты.
Одним из направлений решения задачи повышения надежности горнотранспортного оборудования является совершенствование системы технического обслуживания и ремонта. Вопросами развития прогрессивных систем технического обслуживания и ремонта оборудования заняты крупные научно-технические центры, такие как Московский государственный горный институт (Подэрни Р.Ю., Домбровский А.Н.), НИИОГР г.Челябинска (Андреева Л.И., По-
|( скотников O.B.), Иркутский государственный технический университет (Елисеев
СВ., Махно Д.Е.) и другие.
Логическим развитием существующей на предприятиях горнодобываю
щей отрасли системы планово-предупредительных ремонтов является система
обслуживания и ремонтов оборудования по фактическому техническому состоя
нию, определяемому методами функциональной диагностики [82]. Этому спо
собствует высокий уровень развития электронно-вычислительной техники,
дающий возможности создания компактных мобильных систем диагностики и
^ мониторинга состояния оборудования.
В настоящее время разработки в области системы обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию интенсивно ведутся только в авиации, кораблестроении, нефтегазовой отрасли и энергетике. Проблемы разработки и внедрения методик оценки фактического состояния горного оборудования рассматривались в Институте угля и углехимии СО РАН (Герике Б.Л.), Новосибирском институте проблем управления (Берман В.Г.), Иркутском государственном техническом университете (Лукьянов А.В., Остроменский П.И.), Нерюнгринском техническом институте, филиале Якутского государственного
jflk университета им.М.К.Аммосова (Квагинидзе B.C.), ОАО «Красноярскуголь»
(Афанасьев Ю.А.), ОАО «Уралмашсервис» (Зонов А.В.) и других. Одной из причин, сдерживающих распространение систем обслуживания по фактическому техническому состоянию, является практически полное отсутствие систем оценки состояния конкретного технологического оборудования. Прежде всего, вопрос стоит о наборе методов диагностирования, наиболее полно описывающих техническое состояние конкретного оборудования по косвенным параметрам его работы и о выборе критериев оценки технического состояния, определяющих
степень опасности выявленных дефектов.
Решение этого вопроса возможно при разработке системы признаков дефектов, характерных для каждой конкретной группы оборудования, которая предполагает выбор такого комплекса решений, при котором требуемая эффективность системы обслуживания и ремонта оборудования по фактическому техническому состоянию может быть достигнута с наименьшими затратами.
Поэтому совершенствование методов и критериев оценки состояния оборудования, необходимых для перехода к системе обслуживания и ремонта обо-
#
fa рудования по фактическому техническому состоянию является актуальной на-
учной задачей, стоящей перед горным машиностроением.
Цель работы - создание системы технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) одноковшовых карьерных экскаваторов по фактическому техническому состоянию для повышения надежности их эксплуатации.
Идея работы - создание системы ТО и Р по фактическому техническому
состоянию обеспечивается распознаванием технического состояния электроме
ханического оборудования одноковшовых карьерных экскаваторов методами
функциональной диагностики по параметрам вибрации на основе разработанных
признаков дефектов.
Задачи исследований:
выделение характерных дефектов, приводящих к аварийным отказам оборудования одноковшовых карьерных экскаваторов, и их проявление в механических колебаниях;
нормирование параметров механических колебаний, генерируемых характерными дефектами электромеханического оборудования, для создания позволяющей повысить эффективность эксплуатации карьерных экскаваторов системы технического обслуживания по фактическому техническо-
Ші му состоянию.
Методы исследований.
В работе использован комплекс методов исследования, включающий:
системный анализ отказов оборудования экскаваторного парка;
экспериментальные исследования на реальных механизмах, находящихся в эксплуатации;
спектральный анализ зарегистрированных параметров механических колебаний объектов исследования;
~ - статистический анализ результатов экспериментальных исследовании и
компьютерное моделирование процессов развития дефектов. Научные положения, выносимые на защиту:
фактическое техническое состояние электромеханического оборудования одноковшовых карьерных экскаваторов объективно оценивается по параметрам вибрации, являющейся косвенным диагностическим признаком, характеризующим их работу;
для каждого типа оборудования существуют группы характерных дефектов, проявляющихся в механических колебаниях, на выявлении которых построена система ТО и Р по фактическому техническому состоянию.
«
*
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается
корректной постановкой задач исследования;
непротиворечивостью построенных моделей деградации механического оборудования основным постулатам теории надежности;
достаточным объемом результатов экспериментальных исследований, обеспечивающих не менее чем 95% доверительную вероятность сделанных выводов;
положительными результатами внедрения на ЗАО «Черниговец» (г.Березовский) системы ТО и Р основных агрегатов одноковшовых карьерных экскаваторов по их фактическому техническому состоянию.
Научная новизна диссертации заключается
в обосновании применения методов анализа спектральных характеристик виброскорости, виброускорения и виброперемещения для оценки состояния динамического оборудования одноковшовых карьерных экскаваторов;
в обосновании набора характерных дефектов, выявление которых целесообразно для данного типа оборудования;
в построении моделей определения характера развития аналогичных дефектов однотипных объектов диагностики;
в создании методики измерения механических колебаний и оценки технического состояния электромеханического оборудования одноковшовых карьерных экскаваторов по параметрам вибрации.
Личный вклад заключается
в определении набора наиболее характерных дефектов динамического оборудования одноковшовых экскаваторов;
в определении признаков характерных дефектов динамического оборудования одноковшовых экскаваторов по параметрам механических колебаний;
в определении граничных состояний параметров механических колебаний для оценки степени опасности дефектов;
в разработке прогностических моделей, описывающих развитие аналогичных дефектов однотипных объектов;
в создании системы управления техническим обслуживанием, позволяющей максимально повысить эффективность использования оборудования,
#
^ - в создании регламента предприятия «Измерение механических колебаний
и оценка технического состояния одноковшовых карьерных экскаваторов по параметрам вибрации». Практическое значение работы заключается в том, что
- разработанные признаки характерных дефектов динамического оборудо
вания одноковшовых экскаваторов позволяют с большой достоверностью
определить наличие (или отсутствие) дефекта и оценить его влияние на
работоспособность агрегата;
:4k - нормирование параметров вибрации позволяет для конкретной группы
однотипного оборудования эффективно оценить степень опасности выявленного дефекта;
полученные модели, описывающие развитие аналогичных дефектов однотипных объектов, позволяют прогнозировать остаточный ресурс механизма;
принятый набор характерных признаков дефектов динамического оборудования одноковшовых экскаваторов позволяет сократить издержки по определению неисправностей и в комплексе с системами признаков дефектов и нормирования параметров оценки формирует базис для создания
*^ системы автоматизированной диагностики и мониторинга технического
состояния;
- применение методов технической диагностики как неотъемлемой части
системы обслуживания по фактическому техническому состоянию повы
шает эффективность планирования и проведения ремонтов оборудования;
следовательно, повышает и эффективность его эксплуатации.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
м На основе разработанных рекомендаций по выявлению и оценки степени
опасности дефектов электромеханического оборудования одноковшовых карьерных экскаваторов на ЗАО «Черниговец» создана служба диагностики. За счет обоснованного изменения межремонтных периодов сокращено количество отказов и продолжительность простоев экскаваторов во внеплановых аварийных ремонтах в 2003 году по сравнению с 2001 годом на 20%. Экономический эффект от применения методов вибродиагностики при внедрении службы диагностики оборудования на ЗАО «Черниговец» составил за 2001-2003г. около 4 млн. руб. без учета стоимости запасных частей.
Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения были доложены и обсуждены на техническом совете ЗАО «Черниговец»,
ДЬ на международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии
разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, СибГИУ, 2003г.), электронной конференции «Успехи современного естествознания» (2004г.), на международной научно-практической конференции «Перспективы развития угольной отрасли» (Кемерово, 2002г.), на областной научной конференции «Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в 21 век» (Кемерово, 2001 г), на международной научно-практической конференции «Динамика и прочность горных машин» (Новосибирск, Институт горного дела СО РАН, 2003г.), на конфе-
# ренции «Комплексные подходы к решению проблемы технико-экономической
эффективности и технологической безопасности роторного оборудования» (Москва, ООО «Диамех 2000», 2002г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы из 85 наименований и 1 приложения, выполненных одной книгой. Работа содержит 171 страницу, в том числе 154 страницы основного текста, 136 рисунков и 30 таблиц.
*
Результаты вибродиагностических обследований экскаваторного парка Кузбасса
Периодичности ремонтов ТІ, Т2 и ТЗ устанавливается в зависимости от сроков служб группы деталей соответственно А, В, С, D, Е, F (рис.1.10). При этом срок службы каждой детали близок к среднему сроку службы и может быть установлена периодичность ремонта механизма или машины (соответственно Т1,Т2итд.).
Возможность группирования сроков службы деталей около средних значений для каждой группы является основным требованием ремонтно-эксплуатационной технологичности механизма или машины. Во всех случаях важно, чтобы периодичность ремонтов, т.е. сроки службы деталей, были кратны друг другу. Это необходимо для того, чтобы ко времени износа, например, деталей С и D, износился также второй комплект деталей А и В, установленных во время ремонта с периодичностью ТІ.
Периодичность ремонтов экскаваторов строят таким образом, чтобы в механизмах не работали детали с аварийной стадией износа (при периодичности, большей срока службы группы деталей) и чтобы при ремонте не заменяли детали с не полностью использованным ресурсом работоспособности (при периодичности, меньшей среднего срока службы группы деталей).
В системе технического обслуживания и ремонта экскаваторов пока нет теоретически обоснованного решения данных вопросов. Это приводит к слишком большому выбору рекомендаций по формированию структуры ремонтного цикла, назначению различных межремонтных периодов для одной и той же ма шины. Например, по инструкции №2341ИЭ НКМЗ для экскаватора ЭШ 10/70А рекомендуется проводить технические уходы №1-5 с периодичностью смена, декада, месяц, три и шесть месяцев. Ленгипрошахт [1] рекомендует проводить ремонтный осмотр, текущие ремонты ТІ, Т2 и капитальные ремонты соответственно с периодичностью 500, 5000, 12000, 24000 маш-час. Приказом Минуглепрома СССР № 313 устанавливается для этого экскаватора ежемесячный осмотр, годовой, средний и капитальный ремонты соответственно с периодичностью один месяц, один, два и четыре года; НИИОГР предлагает планировать ремонтные работы в зависимости от объемов переработанной горной массы с учетом ряда коэффициентов, учитывающих условия эксплуатации экскаваторов [2]. Согласно приказа по ХК «Кузбассразрезуголь» периодичность проведения сменного ТО - 8 час, сезонного ТО -2 раза в год, ТІ, Т2 и ТЗ - 1, 3 и 24 мес. соответственно, Т - 2,5 млн. м , С — 7,5 млн. м , К — 72 мес. или мый.1 рмативный документ устанавливает жестко регламентированные объемы работ при ремонтах экскаватора независимо от его технического состояния; объемы ремонтных работ возрастают по мере сложности ремонта. Например, при среднем ремонте необходимо дополнительно выполнять работы годового и месячного ремонтов. Независимо от условий работы деталей, сборочных единиц ремонты планируются по одному из критериев - календарному, машинному времени или переработанной горной массе.
Все это приводит к недоиспользованию ресурса отдельных деталей, сборочных единиц экскаваторов; выполнению увеличенного объема разборочно-сборочных работ, не соответствующих техническому состоянию механизмов и устройств и, в то же время, увеличению вероятности быстрого изнашивания деталей, вызываемой приработкой из-за частой разборки и сборки; значительному времени нахождения экскаваторов в ремонте (20-25% календарного фонда времени) [3].
Система планово-предупредительных ремонтов во многих случаях может быть принята за основу при обслуживании несложных машин и механизмов, но для основного безрезервного технологического оборудования ее применение нецелесообразно [22]. Поэтому дальнейшее развитие системы ремонтов должно предусматривать: установление дифференцированных критериев оценки ресурса деталей, сборочных единиц и механизмов экскаваторов, учитывающих конкретные условия их работы; назначение конкретных сроков и объемов работ при ре монтах экскаваторов в зависимости от фактического технического состояния его деталей, сборочных единиц и механизмов.
Совершенствование системы оборудования является в настоящее время одной из актуальных проблем. Вопросами развития прогрессивных систем тех нического обслуживания и ремонта оборудования заняты крупные научно технические центры, такие как Московский государственный горный институт (Подэрни Р.Ю., Домбровский А.Н.), НИИОГР г.Челябинск (Андреева Л.И., По скотников О.В.), Иркутский государственный технический университет (Махно Д.Е.)
Система ремонта и обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию
Целью создания системы признаков дефектов динамического оборудования одноковшовых карьерных экскаваторов по параметрам вибрации является оптимизация процесса диагностики и прогнозирования состояния конкретных механизмов. Для достижения положительных результатов необходимо, во-первых, выделить те группы дефектов, которые приводят к отказу механизмов. Во-вторых, следует из этих групп дефектов выявить те, которые являются первопричиной отказов, а не его следствием. Третьей задачей является выбор рациональных методов выявления указанных дефектов. И последним этапом является необходимость определения закономерности развития выявленного дефекта для оценки степени его опасности и построение прогноза изменения технического состояния.
Основой для проведения работ по созданию системы признаков дефектов одноковшовых экскаваторов являются данные службы диагностики динамического оборудования ЗАО «Черниговец». Проведен анализ аварийных простоев экскаваторного парка ЗАО «Черниговец» за период с 2001 по 2003 год. Для выявления характерных дефектов, послуживших причиной аварийного выхода оборудования из строя, все аварийные простои были разделены на следующие группы: - простои по причине отказа механического оборудования, - простои по причине отказа электрических машин, - простои по причине отказа питающей сети, - простои по причине отказа систем управления, - простои по причине отказа вспомогательного оборудования, - простои по причине отказа подшипников электрических машин и редукторов, - прочие. Результаты проведенного анализа представлены в табл. 2.1.
К группе «Механическая часть» были отнесены все отказы оборудования, связанные с выходом из строя металлоконструкций и редукторов. Группа «Электрические машины» представляет из себя совокупность отказов электрических машин постоянного и переменного тока большой единичной мощности. Отказы, связанные с нарушением подачи питающего напряжения на экскаватор, отнесены к группе «Кабели, линии, фидеры». Группа «Наладка» сформирована из отказов систем управления электроприводами и прочих дефектов электрического оборудования. К группе «Вентиляция и маслонасосы» отнесены все дефекты вентиляторов принудительного охлаждения электрических машин и мас-лонасосов циркуляции смазки. Отказы подшипников качения электрических машин и редукторов составляют группу «Подшипники». Причины простоев, такие как отсутствие транспорта, отсутствие запасных частей, организационные мероприятия внесены в группу «Прочее».
Представленные данные показывают, что основными причинами отказов экскаваторного парка ЗЛО «Черниговец» являются отказы механического и электрического оборудования. При проведении анализа отказов оборудования в этих группах выявлен ряд дефектов, появление и развитие которых является главенствующей причиной выхода механизмов из строя. Критерием для выбора характерных дефектов была принята совокупность следующих параметров: частота появления дефекта; время, необходимое на восстановление механизма; ориентировочная стоимость восстановительных работ.
В результате проведенного анализа были выявлены представленные на рис.2.2 группы характерных дефектов оборудования одноковшовых экскаваторов.
Выявленные в результате анализа дефекты в части случаев являлись первоначальной причиной выхода агрегата из строя. К этой группе относятся естественный износ, старение материалов. Отдельно можно выделить совокупность этих же дефектов, но уже явившихся следствием каких-либо других процессов деградации. Примером подобного может служить разрушение подшипника под действием значительной перегрузки, вызванной дисбалансом вала [65]. Поэтому к данной группе выявленных характерных дефектов оборудования одноковшовых экскаваторов необходимо добавить дефекты, являющиеся первопричиной возникновения отказа (рис 2.3).
Состав полученной совокупности дефектов подтверждается результатами проведенных диагностических обследований экскаваторного парка, приведенными в главе 1.
Соотношение частоты проявления характерных дефектов оборудования одноковшовых экскаваторов
Единственным методом функциональной диагностики, позволяющим с высокой степенью достоверности выявить большинство указанных дефектов, является анализ механических колебаний, зафиксированных в характерных точках исследуемого объекта. Для повышения достоверности выдвинутого предположения о наличии и степени опасности дефекта, а также возможности построения прогноза о скорости протекания де градационных процессов необходимо создание системы объективных критериев распознавания данных повреждений и определение закономерности их развития.
Мониторинг технического состояния оборудования, основанный на вибродиагностике, практикуется в различных отраслях промышленности несколько десятилетий. При этом используются многочисленные стандарты, в основе которых лежит нормирование вибрации в зависимости от мощности агрегата, массы и/или определенных частот вращения ротора агрегата, а также высоты оси вращения ротора и др. Поскольку методы ведения вибромониторинга постоянно совершенствуются, происходит периодическое изменение этих стандартов и их приложений.
Разработанные международные (FDJ 2056, ISO 2372, ISO 3945 и другие) и российские (ГОСТ 16921-83, ГОСТ 20815-75) стандарты и нормативно-методические рекомендации на предельные уровни вибрации основаны на допущении, что агрегаты, подобные по мощности, высоте оси вращения и частоте вращения ротора, способам установки, условиям монтажа и эксплуатации, имеют примерно одинаковые допустимые значения вибрации при достижении предельного состояния.
При оценке вибрации агрегатов с вращающимся ротором в качестве нормируемых параметров в большинстве случаев устанавливается один из следующих: среднее квадратическое значение виброскорости, Ve [мм/с]; среднее квадратическое значение виброскорости в октавной полосе, включающей в себя частоту вращения ротора, Veo [мм/с]; среднее квадратическое значение виброскорости на элементах крепления агрегата к фундаменту на месте установки, Уеф [мм/с]; пиковое значение (размах) виброперемещения, S3 [мкм].
Имеется группа стандартов, происходящих от стандарта VDI 2056, с близким содержанием; в их числе стандарты СЭВ, ISO/TS 108 2372, в которых в качестве основного критерия для оценки вибрации предлагается использовать среднее квадратическое значение (СКЗ) виброскорости в мм/с, дополнительными критериями являются размах виброперемещения в мкм для машин с весьма низкими скоростями вращения и пиковое значение виброускорения для машин с высокими скоростями вращения. При использовании двух критериев условие соответствия норме должно удовлетворять обоим. Оценочные нормы интенсивности вибрации приведены в табл.2.2.
Неуравновешенность ротора (дисбаланс)
Как свидетельствуют данные, полученные при вибродиагностических обследованиях экскаваторного парка Кузбасса, наиболее часто встречающимся дефектом электромеханического оборудования является неуравновешенность ротора (дисбаланс). Практически каждый третий, подвергшийся обследованию вал, нуждается в проведении работ по его балансировке, а неуравновешенность каждого шестого ротора переводит механизм в недопустимое техническое состояние [11].
Неуравновешенностью ротора называют такое состояние, которое во время вращения приводит к появлению центробежных сил и моментов, вызывающих переменные нагрузки на опоры и его изгиб. Данное состояние ротора возникает при условии несовпадения оси вращения и главной центральной оси инерции.
Неуравновешенность ротора в большинстве случаев вызывается возникновением (в силу различных причин) отклонений рабочих геометрических размеров ротора от номинальных конструктивных. При вращении такого ротора с некоторой угловой скоростью в каждом поперечном сечении, имеющем отклонение от номинальных размеров, возникает центробежная сила, вращающаяся вместе с ротором и вызывающая переменные нагрузки на опоры. Условно виды дисбаланса валопроводов можно разделить на две категории: механический или «жесткий» дисбаланс и дисбаланс, связанный с прогибом ротора под действием динамических сил. Для конкретных случаев анализа дефектов динамического оборудования одноковшовых карьерных экскаваторов, основываясь на данных вибродиагностических обследований, примем за истину наличие только «жесткого» дисбаланса. Причины возникновения дисбаланса можно разделить на две группы. Первая - это дефекты, связанные с нарушением технологии изготовления, сборки и балансировки ротора после сборки, с заменой или перестановкой деталей в процессе монтажа, характеризующиеся большим уровнем вибрации непосредственно по завершению ремонтных или монтажных работ. Другая группа - дефекты эксплуатации, такие, как разрушение частей ротора в процессе работы, характеризующиеся внезапными скачкообразными изменениями амплитуды и/или фазы вибрации, и различные виды износа поверхностей ротора, отложения в процессе работы, нарушения посадок деталей вала, в большинстве случаев характеризующиеся постепенными изменениями амплитуды и/или фазы вибрации [66].
При механическом дисбалансе параметры вибрации зависят от частоты вращения ротора и практически не зависят от режима работы, внешних условий и других факторов. Вибрация может проявляться как в радиальном, так и в осевом направлениях, что объясняется различной жесткостью опор в разных направлениях [67]. Физический смысл неуравновешенности ротора предполагает, что главенствующий признак данного дефекта - уровень вибрации на частоте вращения ротора [64]. Данное утверждение легко подтверждаегся экспериментальными данными. На рис. 3.1 представлен спектр механических колебаний ротора с заведомо нарушенной балансировкой.
Па рисунке представлены два спектра механических колебаний, зафиксированные на подшипниковом узле в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Явно выделен пик на частоте вращения ротора 16,4 Гц. Еще одним информативным признаком дисбаланса по праву может считаться характерная орбита движения вала. Траектория движения вала в подшипнике может иметь форму круга {при равной жесткости опор в направлениях измерений), либо форму эллипса (различная жесткость). Данная траектория подтверждает сдвиг фаз колебаний ротора, зафиксированных в перпендикулярных направлениях (вертикаль
Но применить на практике данный способ оценки степени неуравнове шенности ротора не представляется возможным. Для эффективной оценки уровня дисбаланса были проведены экспериментальные исследования, состоящие из пробных пусков агрегатов с заведомо отбалансированными роторами и пусков этих же агрегатов с внесенным допустимым дисбалансом, определенным по номограмме, с одновременной регистрацией параметров механических колебаний на частоте вращения ротора. Принято, что все испытуемые машины относятся к группе G6.3. За частоту вращения роторов электрических машин принята мак ь симальная рабочая частота вращения. Результаты испытаний представлены в табл.3.1.
По результатам проведенных исследований можно объединить первые две группы машин, так как данные практически идентичны. Полученные результаты принимаем за границу оценки «хорошо», согласно рекомендациям IS02372 подняв уровень на 8 дб (в 2,5 раза), получаем верхнюю границу «удовлетворительно», затем на 4 дб (в 1,6 раза) - «допустимо». Сводные результаты представлены в табл. 3.2.
Единственным методом устранения неуравновешенности ротора является проведение работ по балансировке. На рис. 3.4. представлены методы уравновешивания валов.
Существует два различных метода уравновешивания - статическая и динамическая балансировка. Одним из несомненных преимуществ статической балансировки многие годы являлась простота вычисления необходимой массы и места расположения балансировочного груза по сравнению с методами динамической балансировки, но развитие вычислительной техники свели указанный недостаток метода динамической балансировки к минимуму. Существенным же недостатком метода статической балансировки является невозможность проведения уравновешивания в нескольких плоскостях коррекции, что в случае динамической неуравновешенности ротора становится просто необходимым.
Пример создания системы мониторинга
Дефектом динамического оборудования, в той или иной степени разви тия встречающимся практически во всех редукторах карьерных экскаваторов, является нарушение геометрии зубчатого зацепления. В большинстве случаев, когда повреждение уже прогрессирует, устранить регулировкой и проведением наладочных работ можно лишь причину появления этого дефекта, в то время как сам дефект устраняется только заменой пары зацепления. Поэтому в значитель 7 ной мере возрастает необходимость определения зарождающихся дефектов зуб чатых зацеплений и устранения причин их появления до выхода механизма из работоспособного состояния.
Нормально функционирующая зубчатая передача даже при отсутствии дефектов может обладать весьма заметной виброактивностью. Колебания при этом возникают в широком диапазоне частот и могут иметь весьма сложный со став и характер. Возбуждение колебаний в зубчатых передачах, в том числе и нормально функционирующих, вызывается проявлением двух основных факто ров — погрешностями изготовления и монтажа зубчатых колес и периодическим А изменением жесткости зубьев по фазе зацепления [5, 76]. Погрешности изготов ления складываются из постоянных и переменных погрешностей в шаге зубьев. Погрешности монтажа проявляются в виде нарушения соосности валов и перекосе их осей, нарушении боковых зазоров и т.д.
Периодическое изменение жесткости зубьев и постоянная погрешность шага зацепления вызывают появление в вибрации зубчатой передачи колебаний на зубцовой частоте и ее гармониках: + , fz=zfrl=Z2fr2, (5.1) где z/, z2 - числа зубьев, fr],fr2 - частоты вращения сопряженных колес.
Переменная погрешность в шаге зацепления и нарушения соосности (перекосы валов) вызывают вибрацию на частотах вращения обоих колес.
Часто в спектре колебаний зубчатой передачи могут возникать промежуточные частотные составляющие, проявляющиеся в диапазоне между частотой ведущего вала и зубцовой частотой. Частотный диапазон проявления этих компонент определяется произведением числа пересопряжения зубьев на частоту вращения валов.
Обычно в спектре вибрации зубчатой передачи содержится шумовая компонента, дисперсия которой меняется с наработкой в соответствии с развитием локального износа, то есть уменьшается в процессе приработки колес, практически неизменна при нормальной работе в достаточно продолжительном интервале времени и растет по экспоненте в процессе интенсивного износа [74].
Эксплуатационные дефекты зубчатой передачи условно можно разделить на следующие виды: абразивный износ зубчатого зацепления, выкрашивание зубьев, трещины и излом зубьев, заедание зубчатых колес и отсутствие или плохое качество смазки [75]. Рассмотрим проявление описанных дефектов на реальных механизмах карьерных экскаваторов.
На рис. 5.1 представлены спектры механических колебаний левого механизма поворота ЭКГ-6,Зус №1176. Кинематическая схема агрегата с расположением точек замера вибрации представлена на рис 5.2. Частота вращения вала электродвигателя - 11,5 Гц. ступени редуктора на новые. В данном случае желательно проведение работ по обкатке редуктора, временного ограничения передаваемого крутящего момента путем уменьшения уставки стопорных токов, о чем и были выданы соответствующие рекомендации.
Примером неудовлетворительного качества проведенного ремонта может служить механизм подъема ЭКГ-5А. В процессе ремонта была проведена замена ведомой шестерни последней ступени редуктора подъема, замена ведущей шестерни не производилась, хотя, как оказалось впоследствии, её износ был недопустимым, схематичное изображение данного дефекта представлено на рис.5.3.
Проведенное вибродиагностическое обследование, данные которого представлены на рис. 5.4, показали, что механизм находится в недопустимом техническом состоянии вследствие заклинивания шестерен последней ступени.
На экскаваторе проводились работы по устранению выявленного методами вибродиагностики увеличенного осевого разбега первичного вала лебедки тяги. О наличии данного дефекта свидетельствовали пики на зубцовой частоте первичного вала редуктора. Высокий уровень вибрации именно на этой частоте присутствовал как в осевом, так и в радиальном направлениях, это объясняется тем, что зубчатое зацепление первой ступени редуктора косозубое. Как видно из результатов измерения вибрации после проведения ремонта (см. рис. 5.5) указанный дефект не был устранен, но было обнаружено значительное увеличение шумовых компонент в диапазоне 5-300 Гц. При детальном анализе результатов оказалось, что причиной этого явления служит низкий уровень масла в редукторе, недостаточный для нормального смазывания быстроходной ступени редуктора. Причина возможных серьезных повреждений редуктора была устранена сразу после выявления.
Спектральные характеристики не всегда несут необходимое количество информации для точного определения дефекта. Это объясняется коротким отрезком времени стационарного режима работы механизма, на котором происходит сбор информации, и, следовательно, невозможностью анализа перераспределения энергии колебательного процесса во время всего цикла работы экскаватора. Одним из путей решения этой проблемы является анализ формы сигнала, то есть временной развертки колебательного процесса. Но анализ только временных форм не всегда удобен для идентификации многих дефектов. Наиболее рационально в этом случае комбинировать оба отих метода: собирать временную реализацию механических колебаний и преобразовывать ее в каскад спектров (функция выбега). На рис. 5.7 приведена вибрационная характеристика «разгон-торможение» привода механизма подъема экскаватора ЭКГ-5А.
