В настоящее время, в условиях постоянного сокращения издержек промышленных предприятий, экономии на техническом обслуживании и ремонтах, все более актуальным становится внедрение мероприятий, позволяющих увеличить эффективность труда и сервиса в целом. Одним из таких мероприятий является техническая диагностика, которая позволяет адресно проводить ремонтные мероприятия, не затрачивая лишних усилий, сохраняя эффективность сервиса при меньшей численности персонала. Одной из задач, поставленных в данном направлении руководством, стало обеспечение безотказной работы редукторов главного подъема тяжелых разливочных кранов кислородно-конвертерного цеха.
Существуют разные методы оценки технического состояния механического оборудования, но наиболее эффективными и наименее трудозатратными являются вибродиагностика, эндоскопия и визуальный осмотр.
В части вибродиагностики, измеряемый диагностический параметр сравнивается с полученным ранее [2, с. 17]. Оценивается его изменение (ухудшение)
Относительно параметров вибрации считается, что изменение параметра вибрации 2 раза не приводит к существенным изменениям технического состояния. Но если значение S стремится к 4 и более, то ухудшение технического состояния может считаться опасным и необходимо проводить периодический мониторинг параметров вибрации.
При проведении глубокой диагностики используется метод взаимной оценки спектров вибрации редукторов, снятых с интервалом 3-6 месяцев (рис.1).
Но режим работы редукторов главного подъема кранов не позволяет с помощью вибродиагностического метода оценить техническое состояние, поэтому необходим комплексный подход (рис. 2).
Рисунок 1. Часть спектра вибрации редуктора ГК1830
Рисунок 2. Кинематическая схема механизма главного подъема ГПМ
Обычным явлением является тот факт, что грузоподъемным машинам в цехах не уделяется достаточное количество времени на ремонт, обеспечивается лишь работоспособность грузоподъемной машины (ГПМ). Со временем приводят к зависимым отказам другого оборудования. Например, такие неисправности как износ открытой передачи передающей крутящий момент с редуктора главного подъема на барабан, уменьшение жесткости крепления привода к станине телеги из-за усталостного износа конструкций ГПМ могут привести к преждевременному отказу редуктора главного подъема.
В результате ведения статистики, данный кран диагностируется около 5 лет, лабораторией технической диагностики ЗАО «МРК» была представлена следующие виды неисправностей редукторов плавного подъема разливочных кранов (на примере редуктора ГПМ КГ – 1830) (таблица 1).
Таблица 1.
Статистика неисправностей редукторов КГ – 1830 ГПМ
| № п/п |
Вид неисправности редукторов КГ – 1830 ГПМ Период с 01.06.14 по 01.06.15 |
Кол-во редукторов
с дефектом |
||
| шт. | % | |||
| 1 | Бой вала редуктора, вызванный несоосностью вала электродвигателя с валом редуктора. | 7 | 6 | 13% |
| 2 | Бой вала редуктора, вызванный дефектом муфты. | 1 | 1 | |
| 3 | Бой вала редуктора (бой конструкции тормоза). | 0 | 0 | |
| 4 | Бой вала редуктора (дисбаланс тормозного шкива). | 0 | 0 | |
| 5 | Бой вала редуктора (изгиб промвала). | 0 | 0 | |
| 6 | Бой вала редуктора(линейные смещения промвала). | 7 | 6 | |
| 7 | Бой вала редуктора (увелич. рад. зазора в подш. | 0 | 0 | |
| 8 | Механические ослабления крепления редуктора | 0 | 0 | |
| 9 | Дефект малой шестерни входного вала редуктора | 14 | 12 | |
| 10 | Дефект малой шестерни второго вала редуктора | 3 | 3 | |
| 11 | Дефект малой шестерни третьего вала редуктора | 0 | 0 | |
| 12 | Дефект большой шестерни второго вала редуктора | 0 | 0 | |
| 13 | Дефект большой шестерни третьего вала редуктора | 0 | 0 | |
| 14 | Дефект большой шестерни выходного вала редуктора | 0 | 0 | |
| 15 | Дефект смазки в зацеплении (недостаточный уровень). | 27 | 24 | 40% |
| 16 | Течь масла через крышки подшипников | 19 | 17 | |
| 17 | Дефект открытой передачи. | 10 | 9 | |
| 18 | Дефект открытой передачи | 6 | 5 | |
| 19 | Неоднородный радиальный натяг подшипника | 0 | 0 | |
| 20 | Дефект подшипников качения | 8 | 7 | |
| 21 | Дефект смазки подшипника | 0 | 0 | |
| 22 | Без дефектов | 5 | 4 | |
| 23 | Дефект 1-ой передачи | 2 | 2 | |
| 24 | Дефект 2-ой передачи | 5 | 4 | |
| 114 | 100 | |||
Согласно накопленной статистике, диагностам своевременно необходимо выявлять следующие потенциально опасные дефекты:
- Бой вала
Независимо от того чем вызван бой вала, диагностические признаки в спектре вибрации достаточно похожи – – колебания вала на частоте его вращения, разнится лишь направление осевое/радиально-вертикальное/радиально-поперечное от которого зависит тип неисправности. Визуально так же фиксируется наличие сильного боя вала и направление его перемещения, но без оценки степени развития дефекта лишь дополнительный метод для установления причины.
- Дефект масла
Любые мероприятия с применением мобильных трибодиагностических комплексов нецелесообразны из-за дороговизны сменных материалов, затрат времени. Согласно данной статистики 40 % дефектов вызвано дефектами связанными с недоливом или потерей масла через крышки подшипников, загрязнением, что влияет на стойкость всех комплектующих редуктора; 13% дефектов вызваны боем первого вала, который и приводит к преждевременному износу его подшипников 7% и малой шестерни 12% – всего же это составляет 72 % дефектов и вызваны они несвоевременным обслуживанием и лишь 24% дефекты эксплуатации. Задача службы диагностики проинформировать цех, с тем чтобы ремонтный сервисный цех устранил неисправность, а цех эксплуатации организовал проведение мероприятий. Все эти мероприятия позволят увеличить межремонтные интервалы, а так же с большей вероятностью гарантировать безотказную работу редукторов ГПМ.
Дефект масла может быть вызван недостаточным уровнем масла, которое определяется с помощью щупа для контроля уровня залитого масла в редукторе, течью масла через крышки подшипников или загрязнением масла (ухудшение свойств смазывания в зацеплении).
Эффективным диагностическим мероприятием является анализ спектра огибающей высокочастотного сигнала вибрации, при котором отмечается рост уровня случайной составляющей на более чем на 20 dB при наличии дефекта смазки.(рис. 5). Для этого необходимо произвести измерения спектра огибающей высокочастотного сигнала вибрации на подшипниковой опоре 1 вала, так как он находится выше остальных валов редуктора и малая шестерня смазывается, в основном, за счет масла остающегося на большой шестерни второго вала, частично находящуюся в масленой ванне (если отсутствует централизованная система подачи масла через подшипниковые опоры).
- Дефекты шестерен и зубозацепления
Оценку степени износа шестерен целесообразно проводить с помощью эндоскопа через техническое отверстие (окошко в верхней части корпуса). Метод является самым точным и наглядным, но не отражает степень влияния дефекта на работу редуктора.
Для оценки степени влияния дефектов шестерен на работу редуктора используют анализ спектра вибрации (рис. 3). Как обычно в спектре находят частоту соответствующего зубозацепления, модулируемую частотой вращения ведущего или ведомого вала (при наличии дефекта). Путем взаимного сравнения спектров определяют степень развития дефектов. Целесообразно дополнять измерения снимками полученными с помощью эндоскопа для привязки диагностического параметра к действительному состоянию. По полученным спектрам так же определяют дефект крепления редуктора к станине. Снятие контурных характеристик может занять порядка 30 – 40 минут и в ограниченных временных рамках просто не реализуемо. Так же можно произвести измерения быстрых спектров (ширина спектра 200 Гц, количество линий 400 при скорости вращения входного вала 14 Гц) вибрации в точках крепления редуктора к станине для поиска в спектре гармоник кратных половине частоты вращения для поиска дефекта «мягкой лапы».
Примером влияния износа открытой передачи на работу редуктора является спектр вибрации, представленный на рис. 3. Как видно из рисунка, частота зубозацепления второй и первой передачи Fz модулируется частотой зубозацепления открытой передачи Fz0 (Fz±Fz0, kFz2±Fz0), ее же видно как кFz0 в начале спектра, где k > 10. На открытой шестерни 17 зубьев, частота вращения выходного вала 0,43 Гц.
kFz0 – частота зубозацепления открытой передачи механизма подъема ГПМ, где k = 1,2,3..кратные числа, Fz – частота 1-го зубозацепления, Fz±Fz0
Рисунок 3. Прямой спектр, снятый с подшипниковой опоры 2-го вала цилиндрического редуктора КГ – 1830 разливочного крана
кислородно-конвертерного цеха
Частота зубозацепления считается по формуле
Таким образом на работу всего редуктора оказывает влияние изношенная открытая передача, модуляция процессов с данной частотой приведет к ускоренному износу комплектующих редуктора. При ухудшении состояния смазки, помимо роста фона высокочастотной составляющей в спектре огибающей высокочастотного сигнала, значительно возрастает вибрация на частоте зубозацепления, что часто ошибочно воспринимается как износ шестерен. Так же существуют ограничения по времени сбора данных: производится только в момент установившейся скорости подъема редуктора. Учитывая, что на диагностику кран предоставляют на 15 минут, а частота вращения выходного вала составляет всего 0.43 Гц, то времени явно недостаточно. Для оценки состояния зубчатых пар достаточно снять всего два спектра вибрации на подшипниках первого и второго валов.
- Дефекты подшипников редуктора
Такие дефекты отмечаются в случае долговременного невыполнения рекомендаций по устранению боя вала или наличии дефектов монтажа/сборки редуктора. Подшипник изнашивается из-за постоянных низкочастотных ударов и ухудшения смазывания на поверхности контакта тел качения. При появлении дефектов подшипника качения, в условиях горячих цехов и непостоянной скорости вращения первого около 800 об/мин, значимого для оценки технического состояния колебания температуры в опоре корпуса не наблюдается. Анализ спектра вибрации не показывает должных результатов, поскольку бой вала и зацепление шестерней имеют большую энергию удара и на прямом спектре частоты подшипника будут незначительными. На спектре огибающей высокочастотного сигнала напротив обнаруживается модуляция высокочастотной составляющей спектра (рис. 4) на расчетных частотах подшипника. Для оценки степени развития дефекта подшипника производится расчет глубины парциального коэффициента модуляции [1, с. 87]
Опытным путем скорректированы значения глубины парциального коэффициента модуляции, предложенные программой Ассоциации ВАСТ Dream 32.
Таблица 3.
Скорректированные значения глубины парциального коэффициента модуляции и уровень фона случайной составляющей в спектре огибающей
| Тип дефекта | % | дБ |
| Износ наружного кольца | 18 | 20 |
| Раковины на наружном кольце | 18 | 20 |
| Износ внутреннего кольца | 18 | 20 |
| Раковины на внутреннем кольце | 16 | 20 |
| Дефекты тел качения и сепаратора | 15 | 20 |
| Дефекты смазки | 20 |
Рисунок 4. Часть спектра огибающей высокочастотной составляющей вибрации. Подшипник качения с первого вала с приводной стороны
Согласно статистике чаще всего выходят из строя подшипники 1-го вала, реже 2-го. Перед отказом подшипников 3-его вала наблюдаются значительные перемещения вала в радиальном направлении. Визуальное фиксирование таких перемещений достаточно, чтобы сделать вывод о необходимости скорой замены подшипников. Вибродиагностику тихоходных подшипников редуктора проводить нецелесообразно из – за низкой частоты вращения вала (»0,4 Гц), даже при наличии многоканального прибора, режим работы заставляет диагноста прерывать измерения и на возобновление при каждом режиме «Вира»на тихоходном валу не хватает времени.
Рисунок 5. Типовая кинематическая схема переборного редуктора
главного подъема ГПМ
Таким образом, для оценки технического состояния редукторов главного подъема разливочных кранов (рис. 5), используется комплексный подход:
- Снять спектры вибрации в точках 4 и 5 (удаленность от муфты в т.4 обеспечивает безопасность) для оценки состояния шестерен и в точках 6 и 3 (1 и 5 в том числе) для оценки состояния крепления редуктора к станине.
- Снять спектры огибающей вибрации высокочастотного сигнала с подшипников в точках № 1, 2, 4, 5 для оценки технического состояния подшипников и качества смазки. Проверить уровень масла в редукторе с помощью щупа и провести осмотр крышек подшипников и корпуса редуктора на предмет утечки масла.
- Произвести эндоскопический осмотр шестерен, муфтовых соединений в плановый простой крана. Осмотреть шестерни открытой передачи, передающей момент на канатный барабан Зафиксировать наработку, уровень соответствующих гармоник в спектре
- В рабочем режиме провести наблюдение на расстоянии (>1м) за тормозным барабаном для фиксации дефектов дисбаланса барабана и крепления /износа тормозных колодок, а также за работой выходного вала редуктора на наличие радиальных перемещений вала в подшипниках. Зафиксировать наработку, уровень соответствующих гармоник в спектре.
Список литературы:
- Баркова Н.А., Борисов А.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Расчет основных частот вибрации узлов машин, параметров измерительной аппаратуры и практическая экспертиза: учеб. пособие. СПб.: СПбГМТУ, 2009. – 111 с.
- Кравченко В.М., Сидоров В.А., Седуш В.Я Техническое диагностирование механического оборудования: учебник. Донецк: ООО «Юго-Восток,Лтд», 2009. – 459 с.
- Прогамное обеспечение ООО «Ассоциация ВАСТ» Dream 32, лицензия ЗАО «МРК».[schema type=»book» name=»ОПЫТ ДИАГНОСТИКИ РЕДУКТОРОВ ГЛАВНОГО ПОДЪЕМА ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА НА ПРИМЕРЕ КГ – 1830″ description=»Проанализированы основные неисправности редукторов главного подъема разливочных кранов кислородно-конвертерного цеха на примере редуктора ГК – 1830, приведена статистика выявленных дефектов. Сделан обзор и выбраны методы технической диагностики для выявления данных неисправностей. в ограниченных временных рамках и режиме работы крана.» author=»Мустафин Рустам Шамилевич, Макарчева Евгения Валентиновна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-03″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]