Уровень вибрации измеряется в: Измерение параметров вибрации, параметры вибрации, измерение скз виброскорости, измерение виброперемещения, измерение виброскорости, измерение виброускорения

Измерение параметров вибрации, параметры вибрации, измерение скз виброскорости, измерение виброперемещения, измерение виброскорости, измерение виброускорения

Автор admin в 6 февраля, 2017. Опубликовано Pages

Любую работающую машину в первом приближении можно рассматривать как сложную колебательную систему с сосредоточенными параметрами вибрации, которые имеют сложную форму и  спектральный состав. Как правило, вибросигнал содержит в себе гармонические, квазигармонические и случайные составляющие. Периодически повторяющиеся (гармонические и квазигармонические) составляющие вибрации можно представить в виде совокупности простейших гармонических колебаний разной частоты и амплитуды, и точно определять  для них результирующую амплитуду, размах и другие параметры вибрации. А вот для случайной вибрации возможно определение только интегральных (усредненных) значений, по выборке за большой промежуток времени.

1. Простейшие гармонические колебания

Вибрация – это механические колебания твердых тел. Простейшим видом колебаний являются гармонические колебания, которые совершают простейшие колебательные системы – маятник или масса, закрепленная на пружине (рис.1)

Рис.1 Примеры простейших колебательных систем

Рис.2 График зависимости виброперемещения от времени при гармонических колебаниях.

 

Гармонические колебания описываются по синусоидальному закону:

x=A*sin(ωt+φ₀)

Где: x – текущая координата; A – амплитуда колебаний; ω– циклическая (угловая) частота; t– время;  φ₀  –начальная фаза.

Тогда мгновенная скорость v

v=ẋ=Aωcos(ωt+φ₀)

И мгновенное ускорение a
a=ẋ=-Aω²sin(ωt+φ₀)

Как можно видеть, параметры вибрации являются величинами взаимозависимыми, и переход между ними может быть осуществлен операциями дифференцирования или интегрирования. Физический смысл взаимосвязи параметров вибрации можно трактовать следующим образом: виброперемещение характеризует величину деформации объекта, виброскорость отражает степень усталостной прочности, а по виброускорению можно судить о величине колебательных сил, действующих на объект.

В связи с тем, что операция дифференцирования сигнала сопровождается большим уровнем шума, а интегрирование лишено этого неприятного обстоятельства, в практике мониторинга и вибродиагностики динамических машин наиболее часто используются акселерометры (датчики ускорения) в паре с интегрирующими устройствами.

2. Единицы измерения параметров вибрации

При изучении вибрации динамических машин контролируют виброперемещение, виброскорость и виброускорение, при этом  виброперемещение измеряют в микрометрах (мкм), виброскорость – в м/с и виброускорение – в м/с² или в единицах «g» – ускорения свободного падения (g =9,81 м/с²).

Рис.3 Характеристики амплитуды вибрации

При этом контроль параметров вибрации возможен по следующим характеристикам амплитуды вибрации (рис.3):

• Пику – максимальной амплитуде вибрации A;
• Размаху (Пик-Пик) – сумме положительного и отрицательного пиков. Для синусоидального сигнала размах в точности равен удвоенной пиковой амплитуде, а в общем случае это не так из-за несимметрии временной реализации. К измерению размаха виброперемещения прибегают, когда критично смещение деталей друг относительно друга с точки зрения допустимых механических напряжений и зазоров;
• Средне-квадратичному значению (СКЗ), равному квадратному корню из среднего квадрата амплитуды вибрации:

Величина СКЗ характеризует энергию колебаний и используется в тех случаях, когда необходимо оценить разрушительное влияние вибрации. В случае синусоидального сигнала СКЗ=A/√2=0,707А.

• Среднему значению амплитуды, которое достаточно редко сегодня используется. Здесь же просто отметим, что среднее значение для гармонического сигнала равняется 0,637 A и соответственно меньше величины СКЗ.

В связи с тем, что диапазон изменения любого параметра вибрации может быть очень значительным (от долей до нескольких тысяч единиц измерения), значительно более удобно анализировать результаты измерений не по абсолютной шкале, а в логарифмическом масштабе – в децибелах:

L_v=20lg(V/V₀)

Здесь: L_v – уровень виброскорости в дБ, V  – виброскорость в м/с,  V₀ – опорное значение виброскорости, равное 5*10^-8м/с (по российскому стандарту).

Аналогично определяются в децибелах и уровни виброускорения  и виброперемещения . Все параметры вибрации в децибелах связаны между собой соотношениями:

L_v=L_a-20lg(f)+10

L_v=L_d+20lg(f)-60

L_v=L_a-20lg(f²)+70

где f – частота вибрации.

Таблица 1 Уровень в дБ и соотношение амплитуд

 



 

Как можно видеть из таблицы 1, удвоению амплитуды измеряемого параметра, независимо от его начального значения, соответствует изменение уровня в 6 дБ, и в шкале от нуля до 100 дБ можно «уложить» пики, различающиеся между собой в 100 тысяч раз. Таким образом, использование логарифмической шкалы в дБ позволяет на едином графике наглядно исследовать как составляющие вибрации с большой амплитудой, так и не терять из виду составляющие с малой амплитудой, зачастую несущие полезную диагностическую информацию.

3. Измерение виброускорения, измерение виброскорости или измерение виброперемещения – что предпочтительней?

ГОСТ ИСО 10816 и другие нормативные документы по виброконтролю технического состояния вращающихся машин рекомендуют проводить измерение СКЗ виброскорости в частотном диапазоне от 10 до 1000 Гц. Данное требование становится очевидным, если мы обратимся к частотным характеристикам параметров вибрации (рис. 4):

Рис.4 Частотные характеристики виброскорости, вибросмещения (виброперемещения) и виброускорения

 

Как можно видеть, именно в этом частотном диапазоне виброскорость имеет наиболее равномерный характер. Но даже для решения некоторых задач виброконтроля необходимо проводить измерения в расширенном диапазоне частот. И в данном случае в области низких частот (от 0 до 300 Гц) проводят измерение виброперемещения, а в области высоких частот (более 1000 Гц) – измерения виброускорения.

Что касается вибродиагностики машин, то большинство дефектов проявляют себя возбуждением случайной высокочастотной (ВЧ) вибрации в диапазоне до 20-30 кГц, поэтому в вибродиагностике в добавление к измерению виброскорости в стандартном диапазоне частот (до 1000 Гц), проводят измерение виброускорения в расширенном частотном диапазоне (до 10-20 кГц).

4. Датчики параметров вибрации (дать ссылкой на стр. со статьей «Датчики вибрации»)

В виброконтроле и вибродиагностике вращающихся машин из всех известных видов датчиков вибрации используются пьезоэлектрические и вихретоковые датчики вибрации. Напрямую измеряемой величиной пьезоэлектрического датчика является виброускорение, которое с помощью интеграторов может быть преобразовано в виброскорость и виброперемещение. Таким образом, говоря «датчик виброускорения», «датчик виброскорости» и «датчик виброперемещения», в первую очередь, понимают пьезоэлектрический акселерометр с платой интегрирования или без нее.

Пьезоэлектрические датчики вибрации относятся к датчикам контактного типа и не применимы в случаях, когда требуется бесконтактное измерение параметров вибрации. И в этом случае на помощь приходят бесконтактные вихретоковые датчики, с помощью которых в основном измеряют виброперемещение (например, при контроле осевого сдвига валов).

5. Точки измерения параметров вибрации

Для получения достоверной информации о виброактивности узлов и машины в целом, а также для обнаружения, идентификации и локализации дефектов, необходим правильный выбор точек измерения параметров вибрации. Рекомендации по выбору точек измерений приводятся в ГОСТ ИСО 10816 и  нормативных отраслевых документах.

Для получения более подробных теоретических и практических навыков по измерению параметров вибрации мы рекомендуем всем специалистам пройти обучение на наших лицензированных учебных курсах «Основы вибродиагностики. Правила измерения вибрации».

Виброускорение, виброскорость и виброперемещение. В чём измеряют вибрацию?

В чём измеряют вибрацию?

Для количественного описания вибрации вращающегося оборудования и в диагностических целях используют виброускорение, виброскорость и виброперемещение.

Виброускорение

Виброускорение – это значение вибрации, прямо связанное с силой, вызвавшей вибрацию. Виброускорение характеризует то силовое динамическое взаимодействие элементов внутри агрегата, которое вызвало данную вибрацию. Обычно отображается амплитудой (Пик, Peak) — максимальное по модулю значение ускорения в сигнале. Применение виброускорения теоретически идеально, т. к. пъезодатчик (акселерометр) измеряет именно ускорение и его не нужно специально преобразовывать. Недостатком является то, что для него нет практических разработок по нормам и пороговым уровням, нет общепринятого физического и спектрального толкования особенностей проявления виброускорения. Успешно применяется при диагностике дефектов, имеющих ударную природу — в подшипниках качения, редукторах.

Виброускорение измеряется в:

• метрах на секунду в квадрате [м/сек²]
• G, где 1G = 9,81 м/сек²
• децибелах, должен быть указан уровень 0 дБ. Если не указан, то берётся значение 10^-6 м/сек² (Стандарт ISO 1683:2015 и ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009)

Как перевести виброускорение (м/с

²) в дБ ?

Для стандартного уровня 0 дБ = 10^-6 м/сек²:

AdB = 20 * lg10(A) + 120

AdB – виброускорение в децибелах

lg10 – десятичный логарифм (логарифм по основанию 10)

A – виброускорение в м/с²

120 дБ – уровень 1 м/с²

Как перевести дБ в виброускорение (м/с

²) ?

A = 10^((AdB-120)/20)

Например, 140 дБ = уровень 10 м/с² = 1 G

Виброскорость

Виброскорость – это скорость перемещения контролируемой точки оборудования во время её прецессии вдоль оси измерения.

В практике измеряется обычно не максимальное значение виброскорости, а ее среднеквадратичное значение, СКЗ (RMS). Физическая суть параметра СКЗ виброскорости состоит в равенстве энергетического воздействия на опоры машины реального вибросигнала и фиктивного постоянного, численно равного по величине СКЗ. Использование значения СКЗ обусловлено ещё и тем, что раньше измерения вибрации велись стрелочными приборами, а они все по принципу действия являются интегрирующими, и показывают именно среднеквадратичное значение переменного сигнала.

Из двух широко применяемых на практике представлений вибросигналов (виброскорость и виброперемещение) предпочтительнее использование виброскорости, так как это параметр, сразу учитывающий и перемещение контролируемой точки и энергетическое воздействие на опоры от сил, вызвавших вибрацию. Информативность виброперемещения может сравниться с информативностью виброскорости только при условии, когда дополнительно, кроме размаха колебаний, будут учтены частоты, как всего колебания, так и его отдельных составляющих. На практике сделать это весьма проблематично.

Для измерения СКЗ виброскорости используются
самые простые приборы – виброметры. В более сложных приборах (виброанализаторах) также всегда присутствует режим виброметра.

Виброскорость измеряется в:

• миллиметрах на секунду [мм/сек]
• дюймов в секунду [in/s]: 1 in/s = 25,4 мм/сек
• децибелах, должен быть указан уровень 0 дБ. Если не указан, то, согласно ГОСТ 25275-82, берётся значение 5 * 10^-5 мм/сек (По международному стандарту ISO 1683:2015 и ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009 за 0 dB берётся 10^-6 мм/сек)

Как перевести виброскорость в дБ ?

Для стандартного уровня 0 дБ = 5 * 10^-5 мм/сек:

VdB = 20 * lg10(V) + 86

VdB – виброскорость в децибелах

lg10 – десятичный логарифм (логарифм по основанию 10)

V – виброскорость в мм/с

86 дБ – уровень 1 мм/с

Ниже приведены значечения виброскорости в дБ для стандартного ряда норм вибрации. Видно, что разница между соседними значениями – 4 дБ. Это соответствует разнице в 1,58 раза.

Виброперемещение

Виброперемещение (вибросмещение, смещение) показывает максимальные границы перемещения контролируемой точки в процессе вибрации. Обычно отображается размахом (двойной амплитудой, Пик-Пик, Peak to peak). Виброперемещение – это растояние между крайними точками перемещения элемента вращающегося оборудования вдоль оси измерения.

Виброперемещение измеряется в линейных единицах:

• в микрометрах [мкм]
• в миллиметрах [мм]: 1 мм = 1000 мкм
• в милсах, миллидюймах [mils]: 1000 mils = 1 дюйм, 1 mil = 25,4 мкм, 1000 mils = 25,4 мм

Видео от Сергея Бойкина

Автор: Андрей Щекалев

Не хватает информации ?

Напишите мне свой вопрос, я отвечу Вам и дополню статью полезной информацией.

Лекция 11. Параметры и характеристики механических колебаний – Ассоциация EAM

Параметры вибрационного процесса

1. Виброперемещение, S – это расстояние между крайними точками перемещения колеблющегося элемента вдоль оси измерения. Виброперемещение измеряется в линейных единицах: в микронах – мкм; в миллиметрах – мм, при больших значениях виброперемещения, например, грохотов (1 мм = 1000 мкм). Параметром, дополняющим виброперемещение является частота вращения. Например, допустимое значение виброперемещения 20 мкм при частоте вращения 1500 об/мин и 10 мкм при частоте вращения 3000 об/мин.
   Виброперемещение измеряется при возникновении низкочастотной вибрации, верхняя граница частотного спектра не более 200 Гц. Эти измерения актуальны в строительной виброакустике, при проведении балансировки роторов, при исследовании машин с малыми зазорами между узлами и деталями, при исследовании упругих деформаций и прогнозе усталостных разрушений.
2. Виброскорость, v – производная виброперемещения по времени. Этот параметр характеризует мощность колебательного (вибрационного) процесса, направленного на разрушение деталей и характеризует энергетическое воздействие на узлы объекта контроля (энергия колебания E = m × V² / 2). Виброскорость – это скорость перемещения контролируемой точки оборудования. Виброскорость одновременно учитывает перемещение контролируемой точки и частоту колебаний, вызвавших вибрацию. Виброскорость измеряется в миллиметрах на секунду, мм/с.
   Виброскорость измеряют в частотном диапазоне 10…1000 Гц. По уровню виброскорости определяют техническое состояние машин, их узлов и деталей.
3. Виброускорение, а – производная виброскорости по времени. Параметр характеризует силу инерции, которая воздействует на объект при вибрации:
   F = m × a, где F – сила инерции; m – масса объекта; а – виброускорение.
   Виброускорение – это ускорение перемещения контролируемой точки оборудования или это скорость изменения скорости. Виброускорение характеризует силовое динамическое взаимодействие элементов агрегата. Виброускорение измеряется в метрах на секунду в квадрате, м/с², иногда используется единица ускорения свободного падания – g, 1 g = 9,8 м/с².
   Виброускорение измеряется при наличии вибрации в широкой полосе частот, от 50 до 10000 Гц и более. Эти измерения актуальны при виброакустической диагностике для оценки силы ударов и раннего обнаружения повреждений в подшипниках качения и зубчатых передачах.
   Примечание: существует редко используемый параметр вибрации – резкость – третья производная перемещения по времени, размерность – км/с³.
4. Частота, f – характеристика периодического процесса, равная количеству повторений в единицу времени, обратно пропорциональна периоду колебаний:
   f = 1/T, где Т – период, время полного цикла колебаний (с).
   Единицей измерения частоты в Международной системе единиц (СИ) является герц (русское обозначение – Гц; международное – Hz), названный в честь немецкого физика Генриха Герца. Одно колебание в секунду соответствует 1 Гц.
   При частоте вращения 3000 об/мин, частота колебаний составляет:
   f = n / 60 = 3000 / 60 = 50 Гц.
   Частота колебаний позволяет идентифицировать источник колебаний.
   Гармонические колебания в разных точках машины, совпадающие по частоте, называются синхронными. Синхронные колебания отличаются друг от друга амплитудой и фазой.
5. Фаза колебаний, φ – определяет положение характерной точки колебаний (максимального, минимального значения или перехода от отрицательного к положительному значению) относительно зафиксированного положения метки. Измеряется в градусах. Используется при балансировке, обследовании металлоконструкций, диагностировании механизмов.
   Колебания в двух точках, совпадающие по фазе, называют синфазными, а отличающиеся на 180⁰ – противофазными. Сдвиг фаз синхронных гармонических колебаний – это разность фаз двух синхронных гармонических колебаний гармонических колебаний в заданный момент времени. Этот параметр часто используют при анализе вибрации.

Для гармонического колебательного процесса существует ряд особенностей, которые характеризуют связь между перемещением, скоростью и ускорением:

• перемещение, скорость и ускорение – гармонические функции одной частоты;
• связь между амплитудами перемещения, скоростью и ускорением – линейная, и определяется с помощью соотношений:
  v = 2 π × f× S = a × 10³ / (2 π × f),
  S = v / (2 π × f )= a × 10³ / (2 π × f)²,
  а = (2 π × f)² × S × 10^-3 = 2 π × f × v × 10^-3,
  формулы приведены для следующей размерности: S – мкм, v – мм/с; а – м/с²;
• между фазами перемещения, скорости и ускорения существует сдвиг на 90⁰, то есть скорость по фазе опережает перемещение на четверть периода, а ускорение опережает перемещение на полпериода – 180⁰ (рисунок 70).

Рисунок 70 – Сдвиг фаз между параметрами гармонических колебаний

Пример

Для роторного механизма, имеющего частоту вращения 3000 об/мин (50 Гц) зафиксировано значение виброперемещения – 20 мкм. Определить соответствующие значения виброскорости и виброускорения.

v = 2 π × f × S = 6,28 × 50 × 20 = 6,28 мм/с;
а = 2π × f × v = 6,28 × 50 × 6,28 = 1,97 м/с².

Исходя из данных соотношений, можно сделать вывод о том, что зависимости между перемещением, скоростью, ускорением и частотой будут различными. На графике перемещения будет преобладать низкочастотная область, а на графике ускорения ‑ высокочастотная при ослаблении низкочастотной (рисунок 71).

Рисунок 71 – Спектрограммы параметров вибрации, зафиксированных в одной точке

Числовые значения уровней ускорения, скорости и перемещения в логарифмических координатах (при пороговых значениях по ISO 1683) равны только в одной точке – при частоте 159 Гц (рисунок 72). На эту частоту настраиваются калибраторы вибрации. В этой точке значение виброперемещения составляют 10 мкм, значения виброскорости – 10 мм/с, а значения виброускорения – 10 м/с².

Рисунок 72 – Точка вибрационного контроля

Основные характеристики колебательных процессов

1. Размах колебаний – разность между наибольшим и наименьшим значениями колеблющейся величины в рассматриваемом интервале времени (рисунок 73). Для гармонических колебаний размах колебаний равен удвоенной пиковой амплитуде, так как временная реализация в этом случае симметрична.
   Размах колебаний является необходимым в тех случаях, когда смещение механических колебаний детали машины является критическим с точки зрения максимально допустимых механических напряжений и зазоров. Используется в основном при измерении виброперемещения.

Рисунок 73 – Характеристики колебательных процессов

2. Пиковое значение – определяется как наибольшее отклонение колеблющейся величины от среднего положения х_ПИК = Iх_МАХI.
   Используется как составляющая при измерении виброускорения. Пиковое значение эффективно при оценке кратковременных механических ударов и так далее. Однако пиковое значение отображает только максимальное значение исследуемых колебаний, а не их временное развитие.
3. Среднеарифметическое мгновенных значений вибрации – среднее значение измеренных данных, характеризует общую интенсивность вибрации:
   где τ – текущее значение временной координаты, Т – период измерения.
   Среднее значение отображает временное развитие исследуемых колебаний, но его практическое применение ограничено ввиду того, что оно не имеет непосредственной связи ни с какой физической величиной этих колебаний.
4. Среднее квадратичное значение (СКЗ) – квадратный корень из среднего арифметического или среднего интегрального значения квадрата колеблющейся величины в рассматриваемом периоде времени:
   Для получения правильного значения, интервал усреднения должен быть не меньше одного периода колебания. Используется при измерении виброскорости. Пересчёт значений виброускорения, виброскорости и виброперемещения, определённых в результате анализа спектра, как функции угловой частоты ω, в среднее квадратическое значение виброскорости проводится по следующим формулам:
   Возможно определение среднего квадратического значения виброскорости по максимальному и минимальному значению виброскорости в спектре:
   Среднеквадратическое значение учитывает временное развитие исследуемых колебаний и непосредственно отображает значение, связанное с энергией сигнала и, следовательно, разрушающей способностью этих колебаний.
5. Коэффициент амплитуды или пик-фактор – отношение пикового (x_ПИК) к среднеквадратичному (x_СКЗ) значению: K_ПФ = x_ПИК / x_СКЗ.
   Пик-фактор характеризует развитие повреждения. Значения пик-фактора в начальном периоде работы механизма составляют 3…4. При зарождении повреждений значения пик-фактора увеличиваются до 10…15. Увеличение степени повреждений снижает значения пик-фактора до 3…4 (рисунок 74).
   Для гармонических колебаний: K_ПФ = 1,41; x_ПИК = А; x_СРЕД = 0,637А; x_СКЗ = 0,707А.

Рисунок 74 – Изменения значения пик-фактора

6. Эксцесс – отношение момента четвёртого порядка к квадрату момента второго порядка. Эксцесс определяет степень отклонения параметра от нормального распределения: b = m₄ / (m₂)², где m₄ – момент четвёртого порядка; m₂ – момент второго порядка.
   При определении статистических моментов используются значения:
   – среднее арифметическое – сумма относительных отклонений;
   – дисперсия – сумма квадратов относительных отклонений;
   – асимметрия – сумма кубов относительных отклонений;
   – островершинность – сумма четвёртой степени относительных отклонений.
   Значения эксцесса используется для определения развития различных неисправностей элементов машин, так как отклонение от нормального распределения является однозначным признаком появления неисправности.

Относительные единицы вибрации – 20-ти кратные десятичные логарифмы отношения измеренного значения параметра вибрации (v_ИЗМ) к некоторому начальному уровню (v_НАЧ) и измеряются в децибелах (дБ). Для виброскорости:

L_v = 20 lg (v_ИЗМ / v_НАЧ).

Для виброускорения:

L_а = 20 lg (а_ИЗМ / а_НАЧ).

Увеличение уровня на 6 дБ соответствует удвоению амплитуды, независимо от исходного значения. Изменение уровня на 20 дБ означает рост амплитуды в десять раз. Для временных реализаций вибрации всегда используются линейные единицы измерения амплитуды: мгновенное значение сигнала может быть и отрицательным, и поэтому его невозможно логарифмировать.

При использовании логарифмических характеристик необходимо указывать стандартный пороговый уровень, принятый при обработке значений вибрации. По Правилам Российского Морского Регистра Судоходства и ГОСТ 12.1.034-81, пороговый уровень принят: v_НАЧ  = 5·10^-5 мм/с; а_НАЧ = 3·10^-4 м/с². По ГОСТ 30296-95: v_НАЧ  = 5·10^-8 м/с; а_НАЧ = 1·10^-6 м/с². По ISO 1683: v_НАЧ  = 1·10^-6 мм/с; а_НАЧ = 1·10^-6 м/с²; S_НАЧ = 1·10^-6 мкм.

Обычно, аналоговый вибрационный временной сигнал преобразуется в цифровой вид и используется для спектрального анализа в частотной области. Сложность формы временного сигнала, его интерпретация сильно затруднена, поэтому часто временная форма сигнала игнорируется. В то же время информацию, которую может дать временная форма, недоступна при рассмотрении спектра вибрации.

Например, случайный процесс (непрерывный шум) и переходный процесс, связанный с какими-то нерегулярными событиями, имеют схожие спектры, которые, тем не менее, соответствуют сигналам совершенной разной природы, что отчетливо видно по их временным реализациям. Во временной области легко различим стук деталей, приводящий к асимметрии формы сигнала, который может быть следствием ослабления механических соединений.

Обследование вибрационного состояния редуктора РМ-400 механизма передвижения мостового крана проведено при работе оборудования в режиме холостого хода при частоте вращения двигателя 720 об/мин. При работе редуктора наблюдаются глухие стуки. Значения общего уровня виброскорости – 3,0 мм/с, виброускорения – 1,8 м/с². В спектрограмме виброскорости подшипника тихоходного вала редуктора (рисунок 75а) зубцовая частота второй передачи представлена составляющей на частоте 31,5 Гц, с амплитудой 0,2 мм/с. Запись временного сигнала виброускорения (рисунок 75б) позволила установить возможную причину неисправности – повреждения (забоина) на зубчатом колесе тихоходного вала проявившуюся, как удары с частотой вращения тихоходного вала. Подтверждение диагноза получено при визуальном осмотре и устранено после механической обработки повреждённого зуба.

Рисунок 75 – Спектрограмма виброскорости (а) и временной сигнал (б) виброускорения подшипника тихоходного вала редуктора механизма передвижения мостового крана

Цикл измерений содержал 12 измерений, с учётом 800 линий в спектре – 9600 значений, дополнительно проведены измерения временной формы вибрационного сигнала ‑ 4×16000 значений. Из этих данных получено два информационных сообщения: об общем уровне вибрации (соответствующего удовлетворительному состоянию) и о возможной причине неисправности, устранённой при ремонте.

Работа электродвигателей часто сопровождается биениями, которые, хорошо воспринимаются на слух. Эти биения соответствуют частоте скольжения ротора или разности частоты вращения ротора и частоты возбуждения двигателя. Частота биений очень низка, иногда ниже 0,1 Гц. Биения могут также возникать, когда машины, близко расположенные друг к другу, работают на слегка различающихся частотах вращения. Наблюдать биения лучше во временной области вибрационного сигнала, поскольку для вычисления спектральных составляющих на столь низких частотах требуется очень большое время и высокое разрешение.

Трудность анализа заключается в отсутствии правил формализации и обработки временных реализаций параметров быстропротекающих процессов. Во многом данный процесс субъективен и зависит от опыта специалиста. Спектральные составляющие вибрационного сигнала часто остаются практически без изменений из-за усреднения вибрационного сигнала, необходимого для получения достоверной оценки. Анализ фактического сигнала несет дополнительную информацию о техническом состоянии механизма. Наиболее эффективно использование анализа временной формы вибрационного сигнала для диагностирования переходных, нестационарных, ударных процессов. Для этого используются периоды 30…400 мкс, количество измерений 10000…16000 и более, режим – без усреднений.

Правила анализа временного сигнала

1. Необходимо оценить повторяемость параметров колебательного процесса. Одинаковым воздействиям должны соответствовать одинаковые реализации параметров колебаний. Можно использовать сравнительный анализ однотипных процессов в различных точках при использовании двухканального анализатора вибрации.
2. Оценка симметричности сигнала относительно нулевого (начального) уровня колебаний. Наличие симметричного сигнала свидетельствует о хорошем состоянии (идеальным случаем является синусоидальная форма колебаний – абсолютно симметричная), отклонения – увеличивают степень асимметрии. Диагностические параметры для анализа – положительные и отрицательные значения амплитуд колебаний. Причины асимметрии – нелинейность характеристик системы, анизотропия деталей подшипникового узла.
3. Наиболее значимым является время успокоения системы после возмущающего воздействия. Системы с малой жесткостью и малыми демпфирующими свойствами будут иметь большее время затухания. Следует определить причины снижающие жесткость и демпфирующие свойства системы. Оценить стабильность демпфирующих свойств механической системы возможно при определении декремента колебаний как натурального логарифма отношения двух последующих амплитуд:

Характер вибрации при изменении частоты вращения механизма также является диагностическим признаком, требующим анализа временных реализаций:

1. Если при изменении частоты вращения происходит увеличение вибрации в линейной зависимости, причиной повреждений являются механические повреждения деталей.
2. Если при изменении частоты вращения происходит увеличение вибрации в квадратичной зависимости, причиной повреждений является дисбаланс ротора.
3. Если при изменении частоты вращения происходит увеличение вибрации в экспоненциальной зависимости, причиной повреждений является трещина в корпусной детали или в основании.
4. Резкое уменьшение вибрации электродвигателя при отключении питания – признак наличия повреждений, вызванных повреждениями в электрической части двигателя.
5. Постепенное снижение вибрации при остановке механизма – признак наличия повреждений в механической системе.

Примеры временной реализации виброускорения подшипников электродвигателя приведены на рисунке 76.

Рисунок 76 – Примеры временной реализации виброускорения подшипников электродвигателя

Рисунок 76а – размах колебаний около 14,0 м/с², чётко выделяются колебания с периодом 20 мс – частотой вращения вала двигателя. Рисунок 76б – размах колебаний около 30,0 м/с², на длинной выборке регистрируются отдельные удары до 63,0 м/с², пропускаемые спектральным анализом в результате усреднения. Анализ временной реализации позволяет обнаружить первые признаки отклонений на более ранних стадиях, чем спектральный анализ.

Различные временные интервалы при записи сигнала позволяют изменять анализируемую картину вибрации (рисунок 77).

Рисунок 77 – Примеры временной реализации виброускорения при различных временных интервалах

Рисунок 77а – интервал 5 секунд, сигнал стабильный, размах около 10,0 м/с². Рисунок 77б – интервал 1 секунда, различаются колебания с оборотной частотой вращения вала двигателя. Рисунок 77в – интервал 100 миллисекунд, различимы синусоидальные колебания с оборотной частотой модулированные примерно 12-й гармоникой – повреждения колец подшипника, размах модуляции около 2,6 м/с². Рисунок 77г – подшипник компрессора интервал 100 миллисекунд, различаются колебания первой и второй зубцовой частоты, амплитуда второй зубцовой частоты значительно ниже, чем первой.

Вопросы для самостоятельного контроля

1. В каких случаях измеряют виброперемещение?
2. Какой показатель характеризует виброскорость?
3. Зачем необходимо измерять виброускорение?
4. Что характеризует частота колебаний?
5. Что важнее значение сдвига фаз или его изменение?
6. Каким образом связаны параметры гармонических колебаний?
7. Что такое точка вибрационного контроля?
8. Какие характеристики определяют колебательные процессы?
9. Что такое относительные единицы вибрации?
10. Зачем необходим анализ временной реализации виброускорения?

Материал предоставил Сидоров Владимир Анатольевич.

3
2
голоса

Рейтинг статьи

Лекция 13. Измерение общего уровня вибрации – Ассоциация EAM

Расположение контрольных точек для измерения параметров вибрации

Точки измерения вибрации для оценки состояния машин и механизмов выбираются на корпусах подшипников или других элементов конструкции, которые в максимальной степени реагируют на динамические силы и характеризуют общее вибрационное состояние машин.

ГОСТ Р ИСО 10816-1-97 регламентируется проведение измерений вибрации корпусов подшипников в трех взаимно перпендикулярных направлениях, проходящих через ось вращения: вертикальном, горизонтальном и осевом (рисунок 94а). Измерение общего уровня вибрации в вертикальном направлении проводится в наивысшей точке корпуса (рисунок 94б). Горизонтальная и осевая составляющие измеряются на уровне разъёма крышки подшипника или горизонтальной плоскости оси вращения (рисунок 94в, г). Измерения, проведенные на защитных кожухах, металлоконструкциях не позволяют определить техническое состояние механизма из-за нелинейности свойств данных элементов.

Рисунок 94 – Расположение точек контроля вибрации:
а) на электрических машинах; б) в вертикальном направлении; в, г) на корпусе подшипника

Расстояние от места установки датчика до подшипника должно быть кратчайшим, без контактных поверхностей различных деталей на пути распространения колебаний. Место установки датчиков должно быть достаточно жёстким (нельзя устанавливать датчики на тонкостенном корпусе или кожухе). Необходимо использовать одни и те же точки и направления измерения при проведении мониторинга состояния. Повышению достоверности результатов измерений способствует использование в характерных точках приспособлений для быстрой фиксации датчиков в определенных направлениях.

Крепление вибрационных датчиков регламентируется ГОСТ Р ИСО 5348-99 и рекомендациями изготовителей датчиков. Для крепления преобразователей поверхность, на которую он крепится, должна быть очищена от краски и грязи, а при измерении вибрации в высокочастотном диапазоне – от лакокрасочных покрытий. Контрольные точки, в которых проводится измерение вибрации, оформляются так, чтобы обеспечить повторяемость при установке датчика. Место измерения отмечают краской, кернением, установкой промежуточных элементов.

Масса преобразователя должна быть меньше массы объекта более чем в 10 раз. В магнитной державке, для крепления датчика используют магниты с силой удержания на отрыв 50…70 Н; на сдвиг 15…20 Н. Не закрепленный преобразователь отрывается от поверхности при ускорении более 1g.

Измерения ударных импульсов проводятся непосредственно на корпусе подшипника. При свободном доступе к корпусу подшипника измерения выполняются с помощью датчика (индикаторного щупа) в контрольных точках, указанных на рисунке 95. Стрелками указано направление расположения датчика при измерении ударных импульсов.

Рисунок 95 – Распространение ударных импульсов в корпусных деталях механизма и расположение датчика при измерении:
1 – индикаторный щуп прибора; 2 – корпус подшипника; 3 – распространение волн напряжения; 4 – подшипник качения; 5 – зона измерения ударных импульсов

Перед измерением ударных импульсов необходимо изучить чертёж конструкции механизма и убедиться в правильности выбора мест измерения, исходя из условий распространения ударных импульсов. Поверхность в месте измерений должна быть ровной. Толстый слой краски, грязи, окалины следует удалить. Датчик устанавливается в районе эмиссионного окна под углом 90⁰ к корпусу подшипника, допускаемый угол отклонения не более 5⁰. Усилие прижатия щупа к поверхности контрольной точки должно быть постоянным.

Выбор частотного диапазона и параметров измерения вибрации

В механических системах, частота возмущающей силы совпадает с частотой реакции системы на эту силу. Это позволяет идентифицировать источник вибрации. Поиск возможных повреждений проводится на заранее определенных частотах механических колебаний. Большинство повреждений имеют жёсткую связь с частотой вращения ротора механизма. Кроме того, информативные частоты могут быть связаны с частотами рабочего процесса, частотами элементов механизма и резонансными частотами деталей.

В общем случае рекомендации по выбору частотного диапазона сводятся к следующим правилам:

• нижний частотный диапазон должен включать 1/3…1/4 оборотной частоты;
• верхний частотный диапазон должен включать 3-ю гармонику информативной частоты контролируемого элемента, например, зубчатого зацепления;
• резонансные частоты деталей должны находиться внутри выбранного частотного диапазона.

Анализ общего уровня вибрации

Первый этап диагностирования механического оборудования обычно связан с измерением общего уровня вибрационных параметров. Для оценки технического состояния проводится измерение среднеквадратичного значения (СКЗ) виброскорости в частотном диапазоне 10…1000 Гц (для частоты вращения меньше 600 об/мин используется диапазон 2…400 Гц). Для оценки состояния подшипников качения проводится измерение параметров виброускорения (пикового и СКЗ) в частотном диапазоне 10…5000 Гц. Низкочастотные колебания свободно распространяются по металлоконструкциям механизма. Высокочастотные колебания быстро затухают по мере удаления от источника колебаний, что позволяет локализовать место повреждения. Измерение в бесконечном количестве точек механизма ограничиваются измерениями в контрольных точках (подшипниковых узлах) в трех взаимноперпендикулярных направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом (рисунок 96).

Рисунок 96 – Пример расположения контрольных точек измерения общего уровня вибрации турбокомпрессора

Результаты измерения представляются в табличном виде (таблица 7) для последующего анализа, включающего несколько уровней.

Таблица 7 – Значения параметров вибрации для контрольных точек турбокомпрессора

Первый уровень анализа – оценка технического состояния выполняется по максимальному значению виброскорости зафиксированному в контрольных точках. Допустимый уровень определяется из стандартного ряда значений по ГОСТ ИСО 10816-1-97 (0,28; 0,45; 0,71; 1,12; 1,8; 2,8; 4,5; 7,1; 11,2; 18,0; 28,0; 45,0). Увеличение значений в данной последовательности в среднем составляет 1,6. В основе данного ряда положено утверждение – увеличение вибрации в 2 раза не приводит к изменению технического состояния. В стандарте предполагается, что увеличение значений на два уровня приводит к изменению технического состояния (1,6² = 2,56). Следующее утверждение – увеличение вибрации в 10 раз приводит к изменению технического состояния от хорошего до аварийного. Отношение вибрации на холостом ходу и под нагрузкой не должно превышать 10-ти кратного увеличения.

Для определения допустимого значения используется минимальное значение виброскорости зафиксированное в режиме холостого хода. Предположим, что во время предварительного обследования на холостом ходу получено минимальное значение виброскорости 0,8 мм/с. Безусловно, в данном случае, должны соблюдаться аксиомы работоспособного состояния. Желательно, границы состояний определять для оборудования, вводимого в эксплуатацию. Принимая ближайшее большее значение, из стандартного ряда 1,12 мм/с как границу хорошего состояния, имеем следующие оценочные значения при работе под нагрузкой:1,12…2,8 мм/с – функционирование без ограничения сроков; 2,8…7,1 мм/с – функционирование в ограниченном периоде времени; свыше 7,1 мм/с – возможны повреждения механизма при работе под нагрузкой.

Длительная эксплуатация механизма возможна при значении виброскорости менее 4,5 мм/с, зафиксированной во время работы механизма под нагрузкой при номинальной частоте вращения приводного двигателя.

Для оценки состояния подшипников качения при частоте вращения до 3000 об/мин рекомендуется использовать следующие соотношения пикового и среднеквадратичного (СКЗ) значений виброускорения в частотном диапазоне 10…5000 Гц: 1) хорошее состояние – пиковое значение не превышает 10,0 м/с²; 2) удовлетворительное состояние – СКЗ не превышает 10,0 м/с²; 3) плохое состояние наступает при превышении 10,0 м/с² СКЗ; 4) если пиковое значение превышает 100,0 м/с² – состояние становится аварийным.

Второй уровень анализа – локализация точек имеющих максимальную вибрацию. В виброметрии принят тезис о том, что, чем меньше значения параметров вибрации, тем техническое состояние механизма лучше. Не более 5% возможных повреждений связано с повреждениями при низком уровне вибрации. В целом большие значения параметров указывают на большее воздействие разрушительных сил и позволяют локализовать место повреждения. Различают следующие варианты увеличения (более 20%) вибрации:

1) увеличение вибрации по всему механизму наиболее часто связано с повреждениями основания – рамы или фундамента;
2) одновременное увеличение вибрации в точках 1 и 2 или 3 и 4 (рисунок 96) свидетельствует о повреждениях, связанных с ротором данного механизма – дисбалансом, изгибом;
3) увеличение вибрации в точках 2 и 3 (рисунок 96) является признаком повреждений, потери компенсирующих возможностей соединительного элемента – муфты;
4) увеличение вибрации в локальных точках указывает на повреждения подшипникового узла.

Третий уровень анализа – предварительный диагноз возможных повреждений. Направление большего значения вибрации в контрольной точке с большими значениями наиболее точно определяет характер повреждения. При этом используются следующие правила и аксиомы:

1) значения виброскорости в осевом направлении должны быть минимальны для роторных механизмов, возможная причина увеличения виброскорости в осевом направлении – изгиб ротора, несоосность валов;
2) значения виброскорости в горизонтальном направлении должны быть максимальны и обычно превышают на 20% значения в вертикальном направлении;
3) увеличение виброскорости в вертикальном направлении – признак повышенной податливости основания механизма, ослабление резьбовых соединений;
4) одновременное увеличение виброскорости в вертикальном и горизонтальном направлении указывает на дисбаланс ротора;
5) увеличение виброскорости в одном из направлений – ослабление резьбовых соединений, трещины в элементах корпуса или фундаменте механизма.

При измерении виброускорения достаточны измерения в радиальном направлении – вертикальном и горизонтальном. Желательно, проводить измерения в районе эмиссионного окна – зоны распространения механических колебаний от источника повреждения. Эмиссионное окно неподвижно при местной нагрузке и вращается, если нагрузка имеет циркуляционный характер. Увеличенное значение виброускорения наиболее часто возникает при повреждениях подшипников качения.

Измерения вибрации проводятся для каждого подшипникового узла, поэтому граф причинно-следственных связей (рисунок 97) показывает зависимость между увеличением вибрации в определенном направлении и возможными повреждениями подшипников.

Рисунок 97 – Граф причинно-следственных связей вибрации и повреждений подшипниковых узлов

При измерении общего уровня вибрации рекомендуется проведений измерений виброскорости по контуру рамы, подшипниковой опоры в продольном или поперечном сечении (рисунок 98). Значения отношения вибрации опоры и фундамента определяющие состояние резьбовых соединений и фундамента:

• около 2,0 – хорошо;
• 1,4…1,7 – неустойчивый фундамент;
• 2,5…3,0 – ослабление резьбовых креплений.

Виброскорость в вертикальном направлении на фундаменте не должна превышать 1,0 мм/с.

Рисунок 98 – Контурные диаграммы вибрации

Анализ ударных импульсов

Назначение метода ударных импульсов – определение состояния подшипников качения и качества смазки. Приборы для измерения ударных импульсов в некоторых случаях можно использовать для определения мест утечек воздуха или газа в арматуре трубопроводов.

Метод ударных импульсов впервые разработан фирмой «SPM Instrument» и основан на измерении и регистрации механических ударных волн, вызванных столкновением двух тел. Ускорение частиц материала в точке удара, вызывает волну сжатия, в виде ультразвуковых колебаний распространяющуюся во всех направлениях. Ускорение частиц материала в начальной фазе удара зависит только от скорости столкновения и не зависит от соотношения размеров тел.

Для измерения ударных импульсов используется пьезоэлектрический датчик, на который не оказывает влияние вибрации в низко- и среднечастотном диапазоне. Датчик механически и электрически настроен на частоту в 28…32 кГц. Вызванная механическим ударом фронтальная волна возбуждает затухающие колебания в пьезоэлектрическом датчике.

Пиковое значение амплитуды этого затухающего колебания прямо пропорционально скорости удара. Затухающий переходный процесс имеет постоянную величину затухания для данного состояния. Изменение и анализ затухающего переходного процесса позволяют оценить степень повреждения и состояние подшипника качения (рисунок 99).

Рисунок 99 – Измерение ударных импульсов по методу SPM

Причины повышения ударных импульсов

1. Загрязнение смазки подшипника во время монтажа, во время хранения, в процессе эксплуатации.
2. Ухудшение эксплуатационных свойств смазочного материала в процессе эксплуатации приводящее к несоответствию применяемой смазки условиям работы подшипника.
3. Вибрация механизма, создающая повышенную нагрузку на подшипник. Ударные импульсы не реагируют на вибрацию, отражают ухудшение условий работы подшипника.
4. Отклонение геометрии деталей подшипника от заданной, в результате неудовлетворительного монтажа подшипника.
5. Неудовлетворительная центровка валов.
6. Повышенный зазор в подшипнике.
7. Ослабление посадки подшипника.
8. Ударные воздействия на подшипник, возникающие в результате работы зубчатого зацепления, соударений деталей.
9. Неисправности электромагнитной природы электрических машин.
10. Кавитация перекачиваемой среды в насосе, при которой в результате захлопывания газовых каверн в перекачиваемой среде непосредственно создаются ударные волны.
11. Вибрацией подсоединенных трубопроводов или арматуры, связанной с нестабильностью потока перекачиваемой среды.
12. Повреждение подшипника.

Контроль состояния подшипников качения методом ударных импульсов

На поверхности беговых дорожек подшипников всегда имеются неровности. При работе подшипника происходят механические удары и возникают ударные импульсы. Значение ударных импульсов зависит от состояния, поверхностей качения и окружной скорости. Ударные импульсы, генерируемые подшипником качения, увеличивается в 1000 раз, начиная от начала эксплуатации и заканчивая моментом, предшествующим замене. Испытания показали, что даже новый и смазанный подшипник генерирует ударные импульсы.

Для измерения таких больших величин применяется логарифмическая шкала. Увеличение уровня колебаний на 6 дБ соответствует увеличению в 2,0 раза; на 8,7 дБ – увеличению в 2,72 раза; на 10 дБ – увеличению в 3,16 раза; на 20 дБ – увеличению в 10 раз; на 40 дБ – увеличению в 100 раз; на 60 дБ – увеличению в 1000 раз.

Испытания показали, что даже новый и смазанный подшипник генерирует ударные импульсы. Значение этого начального удара выражается как dBi (dBi‑ исходный уровень). По мере износа подшипника увеличивается значение dBa (величина общего ударного импульса).

Нормированное значение dBn для подшипника можно выразить как

dBn = dBa – dBi.

На рисунке 100 приведена зависимость между dBn и ресурсом работы подшипника.

Рисунок 100 – Зависимость между dBn и ресурсом работы подшипника

Шкала dBn разделена на три зоны (категории состояния подшипника): dBn< 20 дБ ‑ хорошее состояние; dBn = 20…40 дБ ‑ удовлетворительное состояние; dBn> 40 дБ ‑ неудовлетворительное состояние.

Определение состояния подшипника

Техническое состояние подшипника определяется по уровню и соотношению измеренных величин dBn и dBi. dBn – максимальное значение нормированного сигнала. dBi – пороговое значение нормированного сигнала – фон подшипника. Значение нормируемого сигнала определяется диаметром и частотой вращения контролируемого подшипника. Эти данные вносятся в прибор перед проведением измерений.

Во время работы подшипника пиковые удары различаются не только по амплитуде, но и по частоте. На рисунке 101 приведены примеры оценки состояния подшипника и условий эксплуатации (монтаж, посадка, центровка, смазка) на основе соотношения амплитуды удара и частоты (количество ударов в минуту).

Рисунок 101 – Примеры оценки состояния подшипника

1. В хорошем подшипнике удары возникают в основном от качения шариков по неровностям беговой дорожки подшипника и создают нормальный уровень фона с низким значением амплитуды ударов (dBi < 10), на котором имеются случайные удары с амплитудой dBn < 20 дБ.
2. При появлении повреждений на беговой дорожке или телах качения на общем фоне возникают пиковые значения ударов с большой амплитудой dBn > 40 дБ. Удары возникают беспорядочно. Значения фона лежат в пределах dBi < 20 дБ. При сильном повреждении подшипника возможно увеличение фона. Как правило, наблюдается большая разница dBn и dBi.
3. При отсутствии смазки, слишком плотной или слабой посадке подшипника увеличивается фон подшипника (dBi > 10), даже если подшипник не имеет повреждений на беговых дорожках. Амплитуда пиковых ударов и фона относительно близки (dВn = 30 дБ, dBi = 20 дБ).
4. При кавитации насосов уровни фона характеризуются высоким значением амплитуды. Измерение проводится на корпусе насоса. При этом следует иметь в виду, что криволинейные поверхности демпфируют ударные импульсы от кавитации. Разница пиковых значений и фона весьма мала (например, dBn = 38дБ, dBi = 30 дБ).
5. Механическое касание вблизи подшипника между вращающейся и неподвижной частями механизма вызывает ритмичные (повторяющиеся) ударные всплески пиковых значений.
6. Если подшипник подвергается ударной нагрузке, например, от хода поршня в компрессоре, ударные импульсы будут повторяющимися по отношению к рабочему циклу машины, поэтому общий фон (dBi) и пиковые амплитуды (dBn) самого подшипника легко определяются.

Вопросы для самостоятельного контроля

1. Где необходимо расположить контрольный точки для измерения параметов вибрации?
2. Какой стандарт регламентирует проведение измерений вибрации?
3. Где нельзя располагать контрольные точки для измерения вибрации?
4. Для проведения измерений ударных импульсов какие должны быть соблюдены требования?
5. Какие существуют требования при выборе частотного диапазона и параметров измерения вибрации?
6. Какие задачи достигаются при анализе общего уровня вибрации?
7. Как выполняется оценка технического состояния?
8. Зачем проводится локализация точек имеющих максимальную вибрацию?
9. Что необходимо для предварительного диагноза возможных повреждений?
10. Физическая сущность и область применения метода ударных импульсов.

Материал предоставил Сидоров Владимир Анатольевич.

0
0
голоса

Рейтинг статьи

Виброметр | ATE-M.BY

Виброметр (измеритель вибрации) – это прибор, с
помощью которого производятся контроль и регистрация уровней вибрации различных
объектов (виброскорость, виброускорение, амплитуда и частота синусоидальных
колебаний).

Преобразование параметров вибрации в различных приборах
производится одним из следующих способов:

• оптическим;

• пьезоэлектрическим;

• индукционным;

• инерциальным.

Практически на всех типах промышленного
производства присутствует вибрация. В случае же, когда ее уровень превышает
допустимый, могут возникать как повышенный естественный износ деталей, так и
другие проблемы в ходе работы оборудования. Для предотвращения неисправностей
вследствие вибрации необходимо четкое понимание причин ее возникновения.

Конечно, в подавляющем большинстве случаев работник не может без помощи
приборов заметить разницу в вибрации, а именно когда колебания являются
нормальными, приемлемыми, а когда уровень вибрации требует либо немедленного
обслуживания, либо даже замены проблемного агрегата. Для этих целей и
существует виброметр.

Типы виброметров

Измерители вибрации бывают:

Цифровой виброметр является компактным прибором с
питанием от батареи, с его помощью замеряют виброускорения, виброскорости и
размах виброперемещений. Такой измеритель дает возможность измерить уровень
вибрации на каком-либо действующем промышленном агрегате. Цифровой виброметр
находит применение в областях, где необходимо ежедневно измерять и оценивать
механические колебания, при этом измерения не должны быть затратными, но
точными и надежными.

Электронный виброметр, как правило, – это небольшой
по размерам, портативный, незначительной массы прибор, благодаря чему его может
применять даже специалист, для которого виброметрия – лишь одна из сфер
деятельности. С таким измерителем можно измерить все параметры как общей, так и
локальной вибрации на различных объектах (общественные, жилые здания,
предприятия).

Измерения уровня вибрации и шума в Санкт-Петербурге, цены на услуги

Вибрация бывает двух видов:

• Общая
• Локальная вибрация

И каждую из них необходимо измерять на производстве, строительстве и введению в эксплуатацию новых жилых и производственных помещений. Также измерять вибрацию приходится в нескольких случаях.

В таком случае весь объем исследований по замерам должен быть установлен по согласованию с Роспотребнадзором, его территориальными органами. Измерение уровня вибрации обычно проводится по одной фоновой точке, которая может быть расположена на фундаменте или на какой-то другой заасфальтированной поверхности, также производится измерение уровня шума.

При вводе в эксплуатацию жилого дома все зависит от его этажности. Если этажей в доме не более шести, то измерение уровня вибрации и измерение уровня шума должно быть произведено на последнем и первом этаже. На первом этаже она измеряется в жилых комнатах квартир, которые расположены на водомерными и тепловыми узлами, а на последнем этаже это квартиры, чьи жилые комнаты расположены ближе всех к лифтовым шахтам, причем лифт при замере должен непрерывно двигаться, останавливаясь на каждом этаже.

При высоте дома выше шести этажей правила замера вибрации такие же, но только добавляются измерения на этажах, которые расположены посередине. Также измеряется уровень шума и вибрации от различных прилегающих к дому трансформаторных подстанций, а при наличии подземной парковки в доме производится и замер и в тех квартирах, которые расположены в непосредственной близости от вентиляционных шахт, которыми оборудованы данные парковки.

В вышеуказанных случаях измеряется только общая вибрация, а при вводе в эксплуатацию предприятия замеру подлежит и локальная. Общая вибрация должна быть измерена во всех производственных помещениях, а также на платформах вокзалов или метро, стройплощадках, кабинах железнодорожного и автомобильного транспорта.

Источниками вибрации могут являться работа различных двигателей холодильного оборудования, компрессорных установок, трансформаторов, силовых машин, проезд специальной техники, автомобильного и железнодорожного транспорта. Также производится замеры в помещениях судов морского и речного флота, на прогулочных катерах, в салонах вертолетов и самолетов, в местах, где установлено высокоточное производственное, вычислительное и научное оборудование.

Локальная же вибрация должна быть измерена на рукоятках ручного инструмента, в креслах оператора, на сиденьях водителей автотранспорта. Измерение уровня шума производится там же, где и производилось измерение уровня вибрации. К тому же уровень шума измеряется на конторском оборудовании, офисной и бытовой техники, станках, технологическом оборудовании и других электроприборах.

• Производственный контроль

Все измерения локальной и общей вибрации осуществляются на рабочих местах исследуемого предприятия по плану производственного контроля. Количество рабочих мест, их кратность, где проводятся замеры вибрации, должны быть указаны в ППК и зависят от характера работ, выполняемых на предприятии.

Причем замеры должны производится ежегодно на каждом рабочем месте, а на примыкающей к предприятию территории они производятся ежеквартально.

Также предоставляем услуги составления программы производственного контроля на предприятиях Санкт-Петербурга и области.

Более подробную информацию по заказу измерения уровня вибрации от нашей компании Вы можете получить по телефону: +7 (812) 918-80-12.

Измерение шума и вибрации | в квартире | на производстве | на рабочих местах | Заказать

Измерение уровня шума – один из этапов исследования в общей программе производственного контроля. Задача этой процедуры заключается в определении источников шума с уровнем выше допустимых норм и в разработке методик по защите человека от его вредоносного воздействия.

Влияние шума на организм

От интенсивности и частотного спектра шума зависит его воздействие на органы слуга и на человеческий организм в целом.

Оптимальная сила шума, при которой у человека не возникает ощущения дискомфорта, и шум не причиняет вреда – 55 дБ при частоте 1000 Гц. Санитарные нормы устанавливают допустимую силу шума для производственных, бытовых и других условий по частотным полосам.

Диапазон допустимых частотных полос – от 31,5 до 8000 дБ. Измерение шума проводят в диапазоне из девяти частот. Для разных условий сила шума нормируется в диапазоне от 20 до 80 дБ при определенной несущей частоте.

Нормы силы шума при оптимальной частоте 1 кГц:

• для рабочих мест, связанных с творческой, руководящей работой, обработкой данных и конструированием – 45 дБ;
• в кабинетах цеховой администрации, для лабораторий и конторских помещений – 55 дБ;
• в цехах и на территории производственных предприятий – 75 дБ;
• 
  Сравните нормативные значения силы шума с обычными источниками звука:
• разговорная речь – от 40 до 60 дБ;
• шум от работающего двигателя мотоцикла – 80 дБ;
• шум леса – 20 дБ;
• плач младенца – 80 дБ.

Для человеческого слуха болевой порог наступает при силе звука в 130 дБ. При силе звука 150 дБ возможен разрыв барабанной перепонки.

Длительное пребывание человека в зоне воздействия шумов с параметрами, превышающими нормированные, чревато частичной потерей слуха и развитием профессиональных заболеваний. Из-за сильного шума наблюдаются резкие скачки артериального давления, возникновения неврозов, понижается производительность труда.

Важно: любой параметр звука сверх нормативных значений считается превышением предельно допустимого уровня – того, при котором не возникает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека.

Методы защиты от влияния шума

Согласно ГОСТ 12.1.003-83, при разработке проекта технических процессов на производстве следует учесть факторы вредоносного воздействия шума и предусмотреть методы защиты персонала. К таким методам относятся:

• Коллективная защита от шума:
• изменение направления излучений шумов путем надлежащей расстановки оборудования;
• сооружение звуковых барьеров;
• звукоизоляция помещений для персонала;
• ограничение доступа в зоны сверх нормированного уровня шума;
• создание санитарных звукопоглощающих зон вокруг территории производства.

• Индивидуальная защита:
• регулярные измерения уровня шума;
• обеспечение сотрудников звуконепроницаемыми наушниками;
• внедрение графика смен персонала с длительностью рабочего времени, которая не превышает безопасный порог пребывания в зонах повышенного шума и вибраций

.

Преимущества измерения шума от ГУП «Дезконтроль»

ГУП «Дезконтроль» владеет современным оборудованием для измерения шума и опытом оказания этой услуги с 1999 года. В штате нашей компании специалисты с высшим медицинским образованием, абсолютным знанием санитарно-гигиенических нормативов и требований государственных стандартов к методикам проведения исследований.

ГУП «Дезконтроль» измерит уровень шума на вашем объекте в кратчайшие сроки и гарантирует 100% точность измерений.

Измерение шума специалисты компании проводят профессиональным шумомером. Прибор сертифицирован для использования в исследованиях уровня шума и внесен в Государственный реестр средств измерений РФ.

После измерения уровня шума мы обработаем данные в лаборатории и выдадим вам протокол инструментальных исследований. Кроме экспертной оценки, вы получите рекомендации по устранению вредоносного влияния шума на персонал.

Звоните в ГУП «Дезконтроль» сейчас. Специалист компании даст профессиональную консультацию по всем вопросам измерения шума на производстве, в общественном здании или в квартире и сообщит стоимость.

Измерение вибрации с помощью акселерометров — NI

Поскольку акселерометры настолько универсальны, вы можете выбирать из множества конструкций, размеров и диапазонов. Понимание характеристик сигнала, который вы ожидаете измерить, и любых ограничений окружающей среды может помочь вам разобраться во всех различных электрических и физических характеристиках акселерометров.

Амплитуда колебаний

Максимальная амплитуда или диапазон измеряемой вибрации определяет диапазон датчика, который вы можете использовать.Если вы попытаетесь измерить вибрацию за пределами диапазона датчика, отклик будет искажен или ограничен. Обычно акселерометры, используемые для контроля высоких уровней вибрации, имеют более низкую чувствительность и меньшую массу.

Чувствительность

Чувствительность — один из важнейших параметров акселерометров. Он описывает преобразование между вибрацией и напряжением на опорной частоте, например 160 Гц. Чувствительность указывается в мВ на G. Если типичная чувствительность акселерометра составляет 100 мВ / G и вы измеряете сигнал 10 G, вы ожидаете выхода 1000 мВ или 1 В.Точная чувствительность определяется при калибровке и обычно указывается в сертификате калибровки, поставляемом с датчиком. Чувствительность также зависит от частоты. Полная калибровка во всем используемом частотном диапазоне необходима, чтобы определить, как чувствительность изменяется в зависимости от частоты. На рисунке 4 показаны типичные частотные характеристики акселерометра. Как правило, используйте акселерометр с низкой чувствительностью для измерения сигналов с высокой амплитудой и акселерометр с высокой чувствительностью для измерения сигналов с низкой амплитудой.

Рис. 4. Акселерометры имеют широкий диапазон частот, в котором чувствительность относительно плоская.

Количество осей

Вы можете выбрать один из двух аксиальных акселерометров. Самый распространенный акселерометр измеряет ускорение только по одной оси. Этот тип часто используется для измерения уровней механической вибрации. Второй тип — трехосный акселерометр. Этот акселерометр может создавать трехмерный вектор ускорения в виде ортогональных составляющих.Используйте этот тип, когда вам нужно определить тип вибрации, например поперечную, поперечную или вращательную.

Масса

Акселерометры

должны весить значительно меньше контролируемой конструкции. Добавление массы к конструкции может изменить ее колебательные характеристики и потенциально привести к неточным данным и анализу. Вес акселерометра обычно не должен превышать 10 процентов от веса испытательной конструкции.

Варианты монтажа

Еще одним важным аспектом вашей системы измерения вибрации является способ крепления акселерометра к целевой поверхности.Вы можете выбрать один из четырех стандартных способов крепления:

• Ручной или наконечник пробника
• Магнитный
• Клей
• Крепление шпильки

Крепление с помощью шпильки — безусловно, лучший способ крепления, но он требует просверливания целевого материала и, как правило, предназначен для постоянной установки датчика. Остальные методы предназначены для временного прикрепления. Различные методы крепления влияют на измеряемую частоту акселерометра. Вообще говоря, чем слабее соединение, тем ниже измеряемый предел частоты.Добавление к акселерометру какой-либо массы, такой как клейкое или магнитное монтажное основание, снижает резонансную частоту, что может повлиять на точность и пределы используемого частотного диапазона акселерометра. Обратитесь к техническим характеристикам акселерометра, чтобы определить, как различные методы монтажа влияют на пределы измерения частоты. В таблице 1 показаны типичные пределы частоты для акселерометра 100 мВ / G.

Таблица 1. Пределы частоты для установки акселерометра 100 мВ / G.

На рис. 5 показаны приблизительные диапазоны частот для различных методов монтажа, включая крепления на шпильках, клеящиеся крепления, магнитные крепления и крепления для триаксиального блока.

Рисунок 5. Различные частотные диапазоны при различных методах монтажа.

Экологические ограничения

При выборе акселерометра обращайте внимание на критические параметры окружающей среды, такие как максимальная рабочая температура, воздействие вредных химикатов и влажность.Вы можете использовать большинство акселерометров в опасных средах из-за их прочной и надежной конструкции. Для дополнительной защиты промышленные акселерометры, изготовленные из нержавеющей стали, могут защитить датчики от коррозии и химикатов.

Используйте акселерометр в режиме зарядки, если система должна работать при экстремальных температурах. Поскольку эти акселерометры не содержат встроенной электроники, рабочая температура ограничивается только чувствительным элементом и материалами, используемыми в конструкции.Однако, поскольку они не имеют встроенных функций кондиционирования и усиления заряда, акселерометры, работающие в режиме заряда, чувствительны к помехам окружающей среды и требуют малошумной прокладки кабелей. Если в помещении шумно, следует использовать встроенный преобразователь заряда или датчик IEPE со встроенным усилителем заряда.

Характеристики влажности определяются типом уплотнения акселерометра. Обычные уплотнения включают герметичные, эпоксидные или экологические. Большинство этих уплотнений могут выдерживать высокие уровни влажности, но герметичное уплотнение рекомендуется для погружения в жидкость и длительного воздействия чрезмерной влажности.

Стоимость

Хотя у акселерометров режима заряда и IEPE примерно одинаковая стоимость, акселерометры IEPE имеют значительно меньшую стоимость для более крупных многоканальных систем, поскольку для них не требуются специальные малошумящие кабели и усилители заряда. Кроме того, акселерометры IEPE проще в использовании, поскольку они требуют меньше ухода, внимания и усилий для эксплуатации и обслуживания.

Опции акселерометра

NI предлагает следующие одноосные и трехосные акселерометры.Чтобы помочь вам выбрать между акселерометрами, которые предлагает NI, обратитесь к таблице ниже.

Таблица 2. Опции одноосного акселерометра

Таблица 3. Опции трехосного акселерометра

Измерение вибрации | Lion Precision

Замечания по применению General Sensing LA05-0020

Авторское право © 2013 Lion Precision.www.lionprecision.com

Резюме:

Вибрация — это сложное измерение, содержащее множество различных параметров. Различные технологии измерения имеют преимущества и недостатки в зависимости от конечных целей измерения вибрации. В данном примечании к применению рассматриваются все эти области.

Измерение вибрации

Вибрация — это зависящее от времени (периодическое / циклическое) смещение объекта вокруг центрального статического положения.Следующие факторы имеют сложную взаимосвязь с величиной и скоростью вибрации:

• Собственные частоты и жесткость объекта
• Амплитуда и частота любого внешнего источника (ов) энергии, вызывающего вибрацию
• Механизм связи между источником энергии вибрации и интересующим объектом.

Измерение вибрации сложно из-за множества компонентов — смещения, скорости, ускорения и частоты.Кроме того, каждый из этих компонентов можно измерить по-разному — размах, пик, среднее значение, среднеквадратичное значение; каждый из которых может быть измерен во временной области (в реальном времени, мгновенные измерения с помощью осциллографа или системы сбора данных) или в частотной области (величина вибрации на разных частотах в частотном спектре) или просто одним числом для «общей вибрации». ”

Измерение вибрации иногда используется как косвенное измерение какого-либо другого значения. Конечная цель измерения определяет подход к для измерения вибрации . Часто для мониторинга состояния — прогнозирования или мониторинга износа, усталости и отказов — требуются измерения вибрации, предназначенные для определения кинетической энергии и сил, действующих на объект.Это часто называют инерционной вибрацией. Примером может служить мониторинг двигателей машин (особенно подшипников) в критических приложениях. В этих случаях измерение ускорения обеспечивает простой перевод в единицы силы, если масса объекта известна.

Другие приложения связаны со смещением интересующего объекта, поскольку непреднамеренные смещения ухудшают производительность системы. Жесткие диски и станки являются примерами этого типа измерения вибрации, иногда называемого позиционной вибрацией или относительной вибрацией .

Измерение импульсной и непрерывной вибрации

Еще два сценария вибрации — это измерения непрерывной и импульсной вибрации. Непрерывные измерения вибрации используются для мониторинга состояния и эксплуатационных испытаний. Он непосредственно измеряет, что происходит с интересующим объектом в реальных условиях эксплуатации.

Измерение импульсной вибрации включает удары по объекту, часто с помощью «откалиброванного молотка», который измеряет силу удара, а затем измерение результирующей вибрации объекта.Этот тип теста выявляет резонансы внутри объекта, что помогает предсказать его поведение в рабочих условиях. Это часто приводит к конструктивным соображениям, чтобы либо избежать, либо подчеркнуть резонансные частоты в зависимости от приложения.

Оборудование для измерения вибрации и технология датчиков вибрации

Вибрация измеряется как ускорение, скорость или смещение. У каждого есть свои преимущества и недостатки, и каждая единица измерения вибрации может быть преобразована в другую, хотя это может иметь потенциально неблагоприятные последствия.Ускорение и смещение — наиболее распространенные методы измерения вибрации.

Измерение вибрации акселерометрами

Акселерометры

— это небольшие устройства, которые устанавливаются непосредственно на поверхности (или внутри) вибрирующего объекта. Они содержат небольшую массу, которая подвешена на гибких частях, действующих как пружины. Когда акселерометр перемещается, небольшая масса отклоняется пропорционально скорости ускорения. Для измерения отклонения массы могут использоваться различные методы измерения.Поскольку масса и силы пружины известны, величина отклонения легко преобразуется в значение ускорения. Акселерометры могут предоставлять информацию об ускорении по одной или нескольким осям.

Измерения инерционной вибрации, в которых силы, действующие на объект, являются критическим фактором, хорошо подходят для акселерометров, но акселерометры чувствительны к частоте. Вибрации на более высоких частотах имеют большее ускорение, чем колебания на более низких частотах. По этой причине акселерометры выдают очень низкий уровень сигнала низкочастотной вибрации и могут иметь плохое отношение сигнал / шум.Кроме того, использование интегрирования для получения скорости или двойного интегрирования для получения значений смещения снижает высокочастотные сигналы.

Прикрепление акселерометров к интересующему объекту изменяет массу объекта, что приводит к изменению его собственных резонансных частот. Когда масса объекта значительно превышает массу акселерометра, как это часто бывает, эффект незначителен. Но это ограничивает использование акселерометров на небольших объектах.

Акселерометры

— отличный выбор для больших объектов, вибрирующих на более высоких частотах, в которых необходимо измерять инерционные силы, действующие на объект.

Измерение вибрации с помощью бесконтактных датчиков перемещения

Датчики перемещения емкостные бесконтактные

Бесконтактные датчики перемещения устанавливаются с небольшим зазором между датчиком (зондом) и поверхностью вибрирующего объекта. Емкостные и вихретоковые датчики смещения — лучший выбор для высокоскоростных измерений с высоким разрешением. Поскольку их выходные данные представляют собой измерения смещения, они идеально подходят для измерений относительной вибрации (позиционной вибрации).Эти измерения выполняются, когда физическое местоположение поверхности вибрирующего объекта в любой момент времени является критическим фактором.

Обладая частотной характеристикой от 10 до 80 кГц и разрешением до нанометров, эти датчики показывают точное мгновенное местоположение объекта, даже когда он движется с высокой скоростью.

Вихретоковые бесконтактные датчики перемещения

Поскольку датчики не установлены на объекте, они не изменяют массу объекта или его резонансные характеристики.Эти датчики имеют плоскую частотную характеристику от постоянного тока до почти их номинальной частотной характеристики. Поскольку на выходной сигнал не влияет частота вибрации, измерения более точны по всему спектру частот.

Данные смещения от этих датчиков можно дифференцировать для получения информации о скорости и дифференцировать во второй раз для получения информации об ускорении. Процесс дифференцирования ограничит низкочастотные сигналы и подчеркнет более высокочастотные сигналы. Это приведет к снижению отношения сигнал / шум на высоких частотах.

Мгновенная и полная вибрация

«Общая вибрация» может быть измерена с помощью захвата сигнала вибрации TIR (размах).

Датчики перемещения выдают выходные данные, которые можно наблюдать в реальном времени на осциллографе или с помощью системы сбора данных. Эти мгновенные данные в реальном времени предоставляют точные данные о вибрации, которые можно использовать для определения производительности машины в зависимости от времени или углового положения вращающейся части.

В других приложениях требуется простое число «общей вибрации».Чтобы получить такое число, необходимо будет обработать выходной сигнал датчика. Если вы используете емкостные датчики перемещения серии Elite, модуль обработки сигналов и измерителя MM190 может выполнять измерение общей вибрации. Функции захвата пиков включают опцию TIR (Total Indicator Reading), которая отображает разницу между наиболее отрицательными и наиболее положительными измерениями. Кнопка «Сброс» очищает эти захваченные значения, чтобы можно было захватить новые значения. Это единичное измерение размаха (размаха) является показателем общей вибрации.

Изменение «общей вибрации» можно измерить с помощью опции Tracking TIR модуля MM190.

Если ожидается, что значение вибрации изменится со временем, например, во время регулировки механической системы, можно использовать опцию «Отслеживание МДП». Отслеживание TIR отображает значение размаха, но пиковым значениям позволяют медленно уменьшаться до нуля. Таким образом, индикатор показывает текущее значение TIR через несколько секунд, даже если значение уменьшилось. Эта функция упрощает эксперименты с окружающей средой объекта, чтобы определить, что может снизить общую вибрацию без необходимости ручного сброса пиковых значений.

Крепление зонда датчика перемещения

При измерении вибрации датчики перемещения, вероятно, также будут подвергаться вибрации. Чтобы свести к минимуму влияние вибрации на сами датчики, они должны быть жестко закреплены. Зонды с резьбовыми корпусами, затянутыми в жесткое крепление, должны обеспечивать жесткость, необходимую для минимизации вибрационных эффектов.

Гладкие цилиндрические зонды, закрепленные на зажимах, требуют особого внимания, поскольку они с большей вероятностью будут подвержены влиянию вибрации.Существуют различные способы крепления пробников цилиндрического типа с помощью зажимов; одни лучше других. При измерениях с высоким разрешением конструкция крепления начинает играть важную роль в качестве измерения.

Обычный метод монтажа — это сквозное отверстие с установочным винтом для фиксации датчика. Для измерений в стабильной, не вибрирующей среде, не измеряющей на субмикронных уровнях, этого метода часто бывает достаточно. Но эта система фиксирует зонд только в двух точках (установочный винт и точка, противоположная установочному винту), что дает ему некоторую свободу движения по крайней мере по одной оси.Для измерений с высоким разрешением в условиях вибрации требуется лучшая система.

Крепление «зажимной зажим», в котором сквозное отверстие затягивается на цилиндрическом зонде, является лучшим решением. Зажим по всей окружности охватывает большую часть поверхности зонда и обеспечивает более устойчивое крепление. Однако любая овальность зонда или сквозного отверстия может начать действовать как двухточечный зажим установочного винта.

В наиболее стабильном методе зажима используется зажим, который зажимает датчик в трех или четырех точках, а не по всей окружности.Этот метод остается стабильным, несмотря на погрешности округлости корпуса зонда или сквозного отверстия зажима.

Дополнительные рекомендации по установке емкостного датчика перемещения

Емкостные датчики перемещения имеют размер пятна измерения около 130% диаметра чувствительной области зонда. Если целевая область измерения меньше указанного, это будет подвержено ошибкам и может потребовать специальной калибровки.

Несколько емкостных пробников

Когда несколько емкостных пробников используются с одной и той же целью, их приводная электроника должна быть синхронизирована.В многоканальных емкостных сенсорных системах Lion Precision (серия Elite и CPL230) используется синхронизированная электроника. Емкостные датчики не требуют минимального расстояния между соседними датчиками.

Условия окружающей среды для емкостных датчиков

Для емкостных датчиков требуется чистая и сухая среда. Любое изменение материала между зондом и мишенью повлияет на измерение.

Все датчики имеют некоторую чувствительность к температуре, но системы емкостных датчиков Lion Precision компенсируют изменения температуры между 20 ° C и 35 ° C с отклонением менее 0.04% полной шкалы / ° C.

Обычные изменения влажности не влияют на измерения емкостного смещения. Влажность в диапазоне 90% может начать влиять на измерения; любая конденсация в области измерения сделает измерение недействительным.

Дополнительные рекомендации по установке датчика вихретокового смещения

Вихретоковые датчики смещения

используют магнитное поле, которое охватывает конец зонда. В результате «размер пятна» датчиков вихретокового смещения составляет около 300% диаметра зонда.Это означает, что любые металлические предметы в пределах трех диаметров зонда от зонда будут влиять на выходной сигнал сенсора.

Это магнитное поле также распространяется вдоль оси зонда к задней части зонда. По этой причине расстояние между чувствительной поверхностью зонда и системой крепления должно быть как минимум в 1,5 раза больше диаметра зонда. Датчики вихретокового смещения нельзя монтировать заподлицо с монтажной поверхностью, если вокруг зонда нет правильно спроектированного расточенного отверстия.

При установке вихретокового зонда должно оставаться свободное от металла пространство вокруг наконечника, как минимум в три раза превышающее диаметр зонда.Для утопленного монтажа требуется зенковка.

Если мешающие объекты рядом с датчиком неизбежны, необходимо выполнить специальную калибровку, в идеале — с датчиком в приспособлении.

Несколько вихретоковых пробников

Когда несколько зондов используются с одной и той же целью, они должны быть разделены минимум тремя диаметрами зонда, чтобы предотвратить взаимное влияние каналов. Если это неизбежно, возможна специальная заводская калибровка, чтобы свести к минимуму помехи.

Требования к окружающей среде для вихретоковых датчиков

Измерение линейных перемещений с помощью вихретоковых датчиков невосприимчиво к инородным материалам в зоне измерения. Большим преимуществом бесконтактных вихретоковых датчиков является то, что их можно использовать в довольно агрессивных средах. Все непроводящие материалы невидимы для вихретоковых датчиков. Даже металлические материалы, такие как стружка в процессе обработки, слишком малы, чтобы существенно взаимодействовать с датчиками.

Вихретоковые датчики

обладают некоторой чувствительностью к температуре, но система компенсирует изменения температуры между 15 ° C и 65 ° C с отклонением менее 0,01% от полной шкалы / ° C.

Изменения влажности не влияют на измерения вихретокового смещения.

Все о системах измерения вибрации

1. Терминология, связанная с вибрацией

Вибрация означает состояние объекта, периодически перемещающегося назад / вперед, вправо / влево или вверх / вниз, и обычно выражается посредством частоты, смещения, скорости и ускорения.Эти 4 элемента обычно обозначаются как F, Ｄ, Ｖ, Ａ. Это проиллюстрировано просто как пружина и масса. Когда груз опускается из исходного положения и отпускается, он перемещается так же, как форма волны вибрации, показанная на графике справа.

2. Функции измерения

Это средства выражения вибрации в абсолютном значении на основе форм сигналов, измеренных в режимах, показанных выше.

• 1. PEAK (Пиковая амплитуда)

  Пиковое значение за определенный промежуток времени.
  Он используется для измерения ударов или волн, которые довольно стабильны

  Рис ： Пиковое значение

• 2. среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение)

  Среднеквадратичное значение мгновенных значений за определенный промежуток времени. Это относится к силе волны. Среднеквадратичное значение скорости является одним из важных факторов для диагностики состояния оборудования.

  Рис. Среднеквадратичное значение

• 3. C ・ F (пик-фактор ・ пик-фактор)

  Отношение пиковых значений к среднеквадратичному значению
  Он используется для определения износа подшипников путем относительного сравнения.
  C ・ F ＝ PEAK / rms

• 4. EQP (эквивалентное пиковое значение)

  Это синусоидальный пик, принимаемый среднеквадратичным значением.
  Для синусоиды справедливо соотношение rms × √2 = PEAK. Для системы мониторинга вибрации существует случай, когда EPQ контролируется вместо пикового значения, чтобы избежать срабатывания ошибочного сигнала тревоги при любом случайном сигнале.

3. Виды вибрации

Вибрация может быть разделена на три типа на основе человеческого восприятия; «медленное движение и видимое», «невидимое, но ощутимое при прикосновении» и «неощутимое при прикосновении, но слышимое как ненормальный шум».

4. Что такое БПФ (быстрое преобразование Фурье)?

FFT — это один из методов анализа, основанный на форме волны вибрации. Как правило, формы сигналов сложны и трудны для анализа. В БПФ мы разбиваем сигналы на серию дискретных синусоидальных волн (левая диаграмма) и оцениваем каждую по отдельности. (Правая диаграмма)

5. Использование спектрального анализа БПФ для анализа вибрации

Когда машина работает ненормально, например, из-за дисбаланса или повреждения подшипников, она будет производить различные вибрации, которые можно обнаружить с помощью БПФ.

6. Выбор точек измерения

Некоторые моменты, которые следует учитывать при выборе позиций статуса мониторинга.

1. （1） Легкость доступа
2. （2） Минимальное воздействие от внешних условий
3. （3） Максимальная чувствительность к ненормальным условиям
4. （4） Минимальное затухание или потеря сигнала из-за неисправности
5. （5） Надежность измерения

• Точка измерения опорной стойки

• Точка измерения встроенного подшипника

• Точка измерения малогабаритного электрооборудования

• Точка замера поршневого двигателя

• Измерительная точка вертикального станка

• Точка измерения консольного насоса

Ссылка ： Диагностика мониторинга состояния машин ISO (категория вибрации)
выпущен Ассоциацией исследования вибрации (Шиндо Гидзюту Кенкюкай)

7.Способ крепления пикапа

Неправильное присоединение датчиков может привести к разбросу данных или неточным измерениям. Обратите внимание на следующие моменты.

1. 1. Установите или надежно прикрепите
2. 2. Обеспечьте плотное прилегание всей монтажной поверхности
3. 3. Выровняйте по вертикали или горизонтали относительно
   .
   ось объекта

Имейте в виду, что установка датчиков вибрации может отличаться в зависимости от диапазона измерения.
Неправильно прикрепленные датчики или акселерометры могут привести к нестабильным измерениям и неверным данным.
Обычно измерение составляет 1/3 резонансной частоты.

8. Метод измерения

Существует два типа методов измерения вибрации: «Постоянная онлайн-система мониторинга вибрации» и «Портативная автономная система мониторинга».
Любой из них обычно выбирается в зависимости от степени важности оборудования.

• Машины, которые:

  • — важно
  • — работает постоянно
  • — недоступен
  • — быстро портится

• Машины, которые:

  • — минимальное воздействие от
    поломка
  • — легко измерить
  • — медленно портится

Важность измерений общей вибрации при профилактическом обслуживании

Что такое измерения общей вибрации?

Следующие измерения называются общими измерениями вибрации:

• Рабочий объем (от пика до пика)
• Скорость (пиковая)
• Разгон (True Peak)
• Высокочастотные ускорения (RMS)

Среднеквадратичное значение определяется как квадратный корень из средних квадратов мгновенных значений.

Пик (вычисленный пик) = √2 x RMS. Полученный пик обычно называют пиком.

True Peak — максимальное значение, достигаемое в течение одного цикла формы волны вибрации, называется его значением True Peak.

От пика до пика — это разница между максимальной положительной и максимальной отрицательной амплитудами сигнала.

Смещение — выводится из данных ускорения или измеряется напрямую с помощью LVDT или лазерного зонда. Это общее расстояние, пройденное вибрирующим телом от одной крайности до другой.Смещение — это мера механического напряжения. Измеряется в мельницах. Миллс составляет 1/1000 дюйма.

Скорость — вычисляется на основе данных об ускорении и измеряется в м / с или дюймах / с. Это скорость изменения смещения. Скорость — это мера механической усталости.

Ускорение — измеряется с помощью акселерометра и измеряется в g (g = 9,8 м / с2). Это скорость изменения скорости и представляет силы, испытываемые оборудованием.

Высокочастотное ускорение или энергия — это среднеквадратичное значение ускорения или пик в отфильтрованной высокочастотной полосе (обычно от 5 кГц до 50 кГц).

Почему они важны?

Эти измерения называются общими измерениями, поскольку они предоставляют общее единичное значение измерения вместо спектра. Общие измерения могут использоваться для выявления развивающейся неисправности в части оборудования. Общие измерения можно анализировать с течением времени, чтобы выявить тенденцию в исправности оборудования. Общие измерения имеют свои собственные ограничения, и невозможно идентифицировать конкретную неисправность, так как это требует определения значений на определенной частоте.

Как выбрать правильные общие метрики измерения?

Вы должны понимать использование и ограничения каждого общего измерения, прежде чем начать их использовать.

Какие дефекты вы можете выявить с их помощью?

Неисправности машин лежат в разных частотных диапазонах. Поскольку для разных частотных диапазонов подходят разные общие измерения, мы должны выбрать общее измерение, чувствительное к частоте вибрации, которую будет производить машина. Возможно, вам придется использовать их комбинацию, чтобы охватить весь частотный диапазон.

В большинстве отраслей оборудование работает со скоростью от 1200 до 3600 об / мин. Это делает пиковую (полученную пиковую) скорость предпочтительным общим измерением для измерения силы вибрации при частоте вращения и порядках частоты вращения.Истинный пик ускорения — хорошее общее измерение для выявления дефектов подшипников на поздней стадии. В то время как высокочастотное ускорение является хорошим индикатором неисправности подшипника на ранней стадии.

Важно, чтобы вы использовали что-то вроде ioEYE Predict и наш датчик вибрации для мониторинга и построения трендов этих общих измерений через регулярные промежутки времени. Затем вы можете отслеживать тенденции во времени и устанавливать пороговые значения предупреждений для этих общих параметров измерения. Тенденции более важны в случае машин, которые обычно производят высокие ускорения, например винтовых компрессоров.В таких случаях важнее наблюдать изменение тренда, чем абсолютные значения.

Анализ тенденций также важен в случае неуравновешенных машин, поскольку в этом случае дисбаланс будет модулировать вибрацию, и частота дефектов дорожек подшипника не будет отображаться. В этом случае восходящие тенденции высокочастотного ускорения и истинного пикового ускорения будут указывать на дефекты подшипника.

Иногда только взгляд на общие измерения может ввести вас в заблуждение. Вы должны использовать их только как индикатор неисправности и выполнять подробные измерения и анализ спектра, чтобы подтвердить свои выводы.Пример пиковой скорости может ввести вас в заблуждение, чтобы поверить в высокий уровень вибрации, но вы всегда должны подтверждать такие случаи с помощью спектра скорости. Частота пиковой скорости в спектре может помочь вам отличить фактическое предупреждение от ложного. Если вы не можете захватить спектр, вам следует, по крайней мере, измерить истинный пик скорости. Если значение True Peak очень велико по сравнению с Peak, это означает, что первые три гармоники очень заметны.

Общие измерения могут указать на наличие проблемы и необходимость дальнейшего анализа.Использование их в одиночку без дальнейшего подробного анализа вибрации может привести к множеству неверных диагнозов.

Измерения вибрации и динамики | Baker Hughes Digital Solutions

Что такое вибрация?

В этой статье основное внимание будет уделено:

• Основы вибрации
• Типы преобразователей
• Как выбрать лучший инструмент для себя

Прежде всего, давайте определим вибрацию:

Вибрация — это колебательное движение относительно базовой плоскости измерения и, что наиболее важно, это результат действия силы.

Как измеряется вибрация?

Вибрация машины обычно измеряется и указывается в виде смещения , скорости, и ускорения .

• Смещение — это пройденное расстояние. Для автомобилей мы используем большие единицы, такие как км или мили. Для вибрации расстояния очень малы, поэтому мы обычно используем микроны (1/1000 мм) или милы (1/1000 дюйма).
• Скорость — это скорость изменения смещения во времени.Для транспортировки мы используем большие единицы, такие как км / час или мили / час. Вибрация измеряется в мм / с или IPS.
• Ускорение — это временная скорость изменения скорости. Для транспортировки мы используем большие единицы, такие как м / с2, фут / с2 или «G», что означает ускорение свободного падения. Для вибрации мы используем м / сек2, дюйм / сек2 или, как правило, ускорение свободного падения «G».

Помните, , что вибрация — это не просто величина, она также включает направление — аналогично восточному или западному направлению движения автомобиля или вертикальной оси, измеренной датчиком вибрации оборудования, показанным ниже.

Величина, которая имеет как величину, так и направление, называется «вектором», а смещение, скорость и ускорение являются векторами.

На примере автомобиля; после запуска автомобиля вы сначала ускоряетесь, используя пьедестал ускорения, а затем набираете скорость, чтобы проехать желаемое расстояние. Итак, ускорение приводит к скорости, а скорость приводит к смещению.

То же самое и с вибрацией станка.

График ниже называется графиком временной развертки, у которого амплитуда на оси Y и время на оси X .Время увеличивается слева направо, и мы можем видеть положительный пик ускорения, происходящий перед скоростью, а положительный пик скорости происходит перед смещением.

Когда мы измеряем движение корпуса машины, мы измеряем движение, вызванное силами. Эти силы передаются через подшипник на корпус машины, заставляя его ускоряться в соответствии с величиной сил и массой корпуса.

Ускорение (которое является функцией силы) приводит к скорости движения корпуса (которая пропорциональна усталости) и смещению корпуса (которая пропорциональна напряжению).

% PDF-1.3
%
258 0 объект
>
эндобдж
xref
258 96
0000000016 00000 н.
0000002271 00000 н.
0000002455 00000 н.
0000003328 00000 н.
0000003632 00000 н.
0000003716 00000 н.
0000003806 00000 н.
0000003895 00000 н.
0000004018 00000 н.
0000004079 00000 п.
0000004212 00000 н.
0000004277 00000 н.
0000004414 00000 н.
0000004479 00000 н.
0000004602 00000 н.
0000004667 00000 н.
0000004779 00000 н.
0000004844 00000 н.
0000004964 00000 н.
0000005029 00000 н.
0000005153 00000 н.
0000005218 00000 п.
0000005344 00000 п.
0000005409 00000 п.
0000005577 00000 н.
0000005642 00000 н.
0000005764 00000 н.
0000005829 00000 н.
0000005943 00000 н.
0000006008 00000 п.
0000006141 00000 п.
0000006206 00000 н.
0000006332 00000 н.
0000006397 00000 н.
0000006524 00000 н.
0000006589 00000 н.
0000006703 00000 п.
0000006768 00000 н.
0000006888 00000 н.
0000006953 00000 п.
0000007078 00000 н.
0000007143 00000 н.
0000007276 00000 н.
0000007341 00000 п.
0000007474 00000 н.
0000007539 00000 н.
0000007667 00000 н.
0000007732 00000 н.
0000007853 00000 п.
0000007914 00000 п.
0000008038 00000 н.
0000008103 00000 п.
0000008248 00000 н.
0000008313 00000 н.
0000008454 00000 п.
0000008519 00000 н.
0000008658 00000 н.
0000008723 00000 н.
0000008887 00000 н.
0000008952 00000 п.
0000009066 00000 н.
0000009131 00000 п.
0000009257 00000 н.
0000009322 00000 п.
0000009448 00000 н.
0000009513 00000 н.
0000009633 00000 н.
0000009697 00000 п.
0000009809 00000 н.
0000009873 00000 н.
0000010034 00000 п.
0000010094 00000 п.
0000010224 00000 п.
0000010288 00000 п.
0000010401 00000 п.
0000010465 00000 п.
0000010584 00000 п.
0000010648 00000 п.
0000010770 00000 п.
0000010834 00000 п.
0000010941 00000 п.
0000011005 00000 п.
0000011068 00000 п.
0000011179 00000 п.
0000011238 00000 п.
0000011299 00000 п.
0000011554 00000 п.
0000011576 00000 п.
0000011617 00000 п.
0000011883 00000 п.
0000012440 00000 п.
0000012935 00000 п.
0000013081 00000 п.
0000015759 00000 п.
0000002519 00000 н.
0000003306 00000 н.
трейлер
]
>>
startxref
0
%% EOF

259 0 объект
>
эндобдж
260 0 объект
>
эндобдж
352 0 объект
>
ручей
Hb«f`dd` @

Как мне измерить срок службы моего продукта?

Введение

Давно известно, что чрезмерная вибрация ломает вещи.Классические случаи отказа мостов [например, Tacoma Narrows Bridge (1940)] и ракетные ускорители [например, Titan Rocket (1959)] можно увидеть в видеороликах в сети. В этом руководстве основное внимание уделяется выходу изделий из строя в условиях вибрации, то есть они установлены на вибрирующем основании. Один вопрос, с которым сталкивается каждый, от дизайнеров до покупателей такого продукта: «Какая вибрация вызовет поломку?» Связанный с этим вопрос: «Как долго продукт прослужит в указанной вибрационной среде?» В этом руководстве представлены три метода тестирования, которые можно использовать для ответа на эти вопросы.

1. Метод испытаний с моделированием окружающей среды при прямой вибрации

Рис. 1. Испытание на моделирование окружающей среды при прямой вибрации

Испытание с использованием метода прямого моделирования вибрационной среды проиллюстрировано на рис. 1. Изделие устанавливается на вибростенд с использованием базового приспособления, которое имитирует реальную ситуацию. По крайней мере, один акселерометр используется для измерения базового уровня вибрации. Базовая среда вибрации может быть синусоидальной, периодической, случайной или некоторой их комбинации.Случайная вибрация часто определяется спектральной плотностью мощности (PSD) ускорения, обозначаемой W (f), которая дает среднеквадратичную амплитуду ускорения на полосу частот в единицах g ² / Гц [или (м / с ² ) / Гц или (дюйм / сек ² ) / Гц] в диапазоне частот.

Если указана среда вибрации, то должен использоваться контроллер сигналов для входа встряхивателя. Система, состоящая из входной электроники, вибратора и базового приспособления, не будет иметь плоской частотной характеристики, поэтому контроллер изменяет входной сигнал вибратора для получения заданных уровней вибрации, измеренных базовым акселерометром (ами).Это показано на рис. 2.

Рис. 2. Контроллер, используемый для получения заданного базового уровня вибрации

У этого метода есть два ограничения. Во-первых, продолжительность теста должна соответствовать времени, указанному в спецификации, и это может быть слишком большим для практического тестирования продукта. Следовательно, может потребоваться метод сжатия по времени или ускоренного тестирования . Недостаточно удвоить амплитуду вибрации и предположить, что отказ произойдет в два раза быстрее.Это рассматривается во втором методе тестирования ниже.

Рис. 3. Пример гауссовского и негауссовского сигналов с одинаковой PSD

Второе ограничение возникает, когда среда вибрации задается с использованием PSD, как в случае случайной вибрации. Часто предполагается, что амплитуда случайного сигнала имеет гауссово (нормальное) распределение во времени, и в этом случае спецификации PSD достаточно. Однако на рис. 3 показаны два сигнала с одинаковыми уровнями PSD и RMS (среднеквадратичное значение), но с разными распределениями амплитуды, заданными их функцией плотности вероятности , PDF.В этом случае негауссов сигнал имеет более высокие пики и может вызвать более быстрый отказ. Это рассматривается в третьем методе тестирования ниже.

2. Метод ускоренных испытаний с использованием степенного закона циклической усталости

Обычный опыт разрыва скрепки показывает, что вопросы во введении «сколько?» и как долго?» связаны друг с другом. Если скрепку согнуть на 90 °, она обычно не ломается. Если его снова согнуть до плоского состояния, а затем несколько раз согнуть до 90 ° и обратно несколько раз, он в конечном итоге сломается.Теперь, если тот же процесс повторяется с аналогичной скрепкой, но каждый раз изгибается только на 45 °, обычно требуется больше циклов изгиба и сплющивания, чтобы сломать ее. Это пример циклической усталости , который был впервые исследован в середине 1800-х годов в связи с внезапным разрушением осей железнодорожных вагонов. Оси, которые явно были достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузку, иногда ломались после длительного использования.

Это нельзя объяснить общепринятым взглядом на прочность материалов.Гук (1678) заметил, что большинство объектов действуют как линейная пружина: ее отклонение пропорционально приложенной силе. Применяя это к величине напряжения s (сила на единицу площади), закон Гука формулируется следующим образом: где ε — это деформация (растяжение на единицу длины) объекта, а E — модуль упругости (жесткость) материала объекта. Для небольших деформаций (обычно менее 0,1%) эта линейная зависимость сохраняется для многих материалов. Однако для больших деформаций зависимость напряжения от деформации нелинейна.На рис. 4 показана типичная кривая напряжения-деформации для стали AISI 4340, полученная при испытании на растяжение.

Рис. 4. Кривая напряжение-деформация для стали AISI 4340

До напряжения около 500 МПа кривая является линейной (например, удвоенное напряжение вызывает двойную деформацию). Наклон дает модуль упругости E = 210 000 МПа для материала. В этом диапазоне деформация является упругой (обратимой), и исторически считалось, что материал не повреждается. Выше напряжения около 500 МПа (так называемого предела текучести) кривая является нелинейной, и большая часть деформации является пластической (остаточной и необратимой).При давлении около 800 МПа (так называемый предел прочности на разрыв) материал разрушается под действием статической нагрузки.

Рисунок 5. Нагрузка синусоидальным напряжением для основных циклических испытаний на усталость

Wohler (1870) провел лабораторные испытания ряда вращающихся железнодорожных осей при различных уровнях изгибающей нагрузки и измерил количество циклов, необходимых для возникновения неисправности. Статическая изгибающая нагрузка P на вращающейся оси вызывает циклическое изменение напряжения от растяжения к сжатию в любой конкретной точке оси, как показано на рис.5.

Рисунок 6. Пример графика S-N для AISI 4340 Steel

Велер создал график «S-N» (рис. 6), чтобы представить эти результаты. Максимальное приложенное напряжение S отображается в зависимости от числа циклов, вызвавших отказ, в логарифмической шкале.

Сравнение рис. 4 и 6 видно, что циклические напряжения, превышающие предел текучести (вызывающие пластическую деформацию), приводят к отказу до 10 ³ циклов. Это называется , малоцикловая усталость (LCF), она сильно нелинейна и трудна для моделирования.В этом руководстве рассматривается другой случай, когда циклические напряжения ниже предела текучести (вызывающие упругую деформацию) приводят к отказу после 10 ³ циклов. Это называется многоцикловой усталости (HCF) и подходит для линейных моделей.

За многие годы было собрано большое количество данных SN для различных материалов, включая влияние ряда конструктивных переменных, таких как шероховатость поверхности, выемки и галтели, термообработка и т. Д. Общий консенсус относительно причины разрушения в диапазоне напряжений HCF объясняется теорией механики разрушения .Микроскопические дефекты в молекулярной структуре материала растут по мере изменения напряжения, даже если это не очевидно для глаза. Со временем дефекты перерастают в трещины, и материал ломается. [например. Paris, et al. (1961)]

В кривую S-N было внесено несколько изменений для учета различных условий нагружения, встречающихся во многих ситуациях. Гудман (1899) и другие рассматривали случаи, когда среднее значение нагрузки не равно нулю. Поскольку обычно предполагается, что возбуждение вибрации имеет среднее значение, равное нулю, эти случаи здесь не рассматриваются.

Кривая S-N (рис. 6) ясно показывает обратную зависимость между максимальным приложенным напряжением и количеством циклов до отказа. Basquin (1910) предложил использовать экспоненциальное уравнение степенного закона для соответствия диапазону HCF данных S-N формы, где c и b — константы. Обычно постоянные b и c определяются с использованием напряжений разрушения при N = 10 ³ и 10 ⁶ , обозначенных S _E3 и S _E6 , соответственно. Решение для b и c с использованием уравнения.(2) в этих двух точках (где S дано в МПа) дает

Используя пример на рис. 6, S _E3 = 580 МПа, S _E6 = 320 МПа, b = -0,086, c = 1050 МПа. Этот результат показан пунктирной линией на рис. 6.

Если продукт возбуждается синусоидально с частотой f _o (циклов / сек), где максимальное возникающее напряжение равно S, то время до отказа t _f прогнозируется равным: К сожалению, неопределенность прогнозирование абсолютной наработки до отказа в значительной степени связано с наклоном кривой SN.Используя рис. 6, пиковое напряжение 400 МПа предсказывает отказ при 100 000 циклов. Однако увеличение напряжения на 50% до 600 МПа (которое может легко произойти при такой концентрации напряжения, как отверстие под болт) предсказывает отказ через 1000 циклов. Следовательно, уравнение. (4) чаще используется для прогнозирования относительного увеличения времени до отказа для различных уровней напряжения. Наиболее широко используемый метод ускоренных испытаний использует наклон кривой S-N (рис. 6) для правильного масштабирования продолжительности и амплитуды вибрации среды [e.г. MIL-STD-810G (2005)]. Принимая соотношение уравнения. (4) при двух различных уровнях напряжения отношение времени отказа определяется как На практике уровни напряжения внутри вибрирующего изделия не измеряются напрямую, но могут быть связаны с измеренными уровнями вибрации. Для статических нагрузок напряжение в компоненте пропорционально относительному прогибу его конструктивных элементов. Однако Хант (1960) показал, что пиковое напряжение S в конструкциях, колеблющихся при резонансе (обычно наихудший случай в HCF), пропорционально пиковой скорости вибрации,,

.

где ρ — массовая плотность, E — модуль упругости конструкционного материала.

Для случая случайного возбуждения, определяемого базовой PSD ускорения, W (f), Майлз (1954) показал, что среднеквадратичный отклик колебаний резонанса с критическим коэффициентом демпфирования ζ определяется выражением где f _n — собственная частота резонанса. Он предположил, что амплитуда отклика будет иметь гауссову PDF, поэтому пиковые уровни будут пропорциональны среднеквадратичному уровню. Затем подставляя уравнения. (6) и (7) в уравнение. (5) дает: Этот результат предполагает, что уровни напряжения остаются в диапазоне линейной упругости (HCF), что подразумевает более 1000 циклов до разрушения на резонансной частоте.

Рисунок 7. Зависимость переменной мощности «m» от состояния поверхности для стали AISI 1020 Steel

Значение «m», используемое в уравнениях. (5) и (8) должны быть получены из кривой S-N для разрушающегося материала в его установленном состоянии. На рис. 7 показана зависимость «m» от различных условий обработки поверхности для стали AISI 1020.

MIL-STD-810G (2008) рекомендует использовать значение m = 7,5 для случайных вибрационных возбуждений. Однако более точный результат для данного продукта может быть получен путем тестирования ряда устройств до отказа с несколькими различными уровнями вибрации и определения значения «m», которое наилучшим образом соответствует данным.

В качестве примера на рис. 8 показаны испытания системы топливной магистрали двигателя для определения усталостной долговечности переходной трубы. Испытания на вибростенд проводились при разных уровнях вибрации, и для каждого случая измерялось время до отказа.

Рис. 8. Система топливной магистрали двигателя, показывающая усталостный отказ в соединении переходной трубы

Рис. 9. График времени разгона при испытаниях на усталостный отказ системы топливной магистрали;

На рис. 9 представлены результаты на графике зависимости ускорения от времени.Подбор кривой к данным дает значение m = 6,5. (Примечание: поскольку аппроксимация кривой является экспоненциальной, масштабные коэффициенты для преобразования ускорения в напряжение и времени в циклы не влияют на значение m.)

Затем испытание на усталость может быть ускорено путем масштабирования PSD базового уровня вибрации с использованием степенного закона уравнения. (8). Основным ограничением этого метода тестирования является предположение, что PDF отклика является гауссовским. Следовательно, единственный способ ускорить испытание на усталость — это увеличить общий среднеквадратичный уровень возбуждения.Это может быть нереалистично или неосуществимо. Это рассматривается в третьем и четвертом методах испытаний ниже.

3. Метод ускоренных испытаний с использованием спектра усталостных повреждений

Рис. 10. Резонансный отклик на случайное базовое возбуждение

Во многих случаях среда вибрации более сложна, чем простая синусоида или случайная гауссова форма, как предполагалось в предыдущем методе испытаний. Кроме того, невозможно измерить уровни вибрации и напряжения резонансов компонентов в тестируемом продукте.В этих случаях временная история напряжения, связанного с резонансом, моделируется с использованием резонансного фильтра, заданного собственной частотой, f _n , и добротностью Q = 0,5 / z. Это показано на рис. 10.

На этом рисунке базовое ускорение является случайным и широкополосным в частотном диапазоне. Отклик резонансного фильтра (предполагается, что он пропорционален скорости и нагрузке структурного резонанса) является случайным по амплитуде, но узкой полосой по частоте, вибрируя в основном на резонансной частоте, f _n .

Анализ отказов в данном случае основан на теории кумулятивного усталостного повреждения , разработанной Палмгреном (1924) и Майнером (1945), которая предполагает линейную зависимость между количеством циклов при конкретном максимальном напряжении и процентным соотношением повреждение, которое он вызывает (где 100% повреждение приводит к перелому). Если применяется K различных циклов напряжения, каждый n _i раз с максимальным напряжением S _i , то общее усталостное повреждение, FD, определяется как где N _i — количество циклов до разрушения при напряжении S _i на кривой SN.Предполагается, что значение FD = 1 вызывает отказ (что хорошо работает для случаев HCF).

Лаланн (1984) использовал правило Палмгрена-Майнера, уравнение. (9), чтобы оценить относительное усталостное повреждение каждого потенциального резонанса в конструкции. Используя пример на фиг. 10, пики резонансного напряжения идентифицируются с использованием такого метода, как метод rainflow [например, Даунинг (1982), ASTM (2005)], как показано на рис. 11. Считается, что каждый последующий переход от пика к пику в два раза превышает величину пикового напряжения, S _fn , за полупериод с частотой f _n . .

Рис. 11. Прохождение напряжения при случайном резонансном отклике

Циклы напряжения накапливаются в PDF величин пиков напряжения на частоте f _n , обозначенную p (S _fn ). За период времени t количество циклов усталости на частоте f _n равно n = f _n t, и уравнение. (9) можно преобразовать в интеграл вида где уравнение (2) использовалось для N с m = -1 / b. FD (f _n ) называется спектром усталостных повреждений , FDS, потому что это мера относительного усталостного повреждения как функции от частоты.Он измеряет величину усталостного повреждения, которое конкретное базовое вибрационное возбуждение наносит потенциальному резонансу в изделии на частоте f _n (с коэффициентом демпфирования ζ).

Хендерсон и Пирсол (1995) оценили FDS для случая гауссовской случайной вибрационной реакции, используя результаты Crandall и Mark (1963), показывающие, что PDF пиков напряжения будет иметь распределение Рэлея в форме, где σ — стандартное отклонение стрессовая история времени. Используя уравнения.(6) и (7) для преобразования уровней напряжения в уровни вибрации FDS принимает значение, где c ’- постоянная величина. Принимая соотношение уравнения. (12) для двух разных значений W (f _n ) дает тот же результат, что и уравнение. (8), как и ожидалось для гауссовского распределения отклика. Но формула уравнения. (10) можно использовать для оценки FDS для любой негауссовой вибрационной среды.

Рис. 12. Измеренная временная история и частотный спектр вибрации головки двигателя

В качестве примера рассмотрим измеренный уровень вибрации головки двигателя, показанный на рис.12, которая считается базовой вибрацией для системы топливной рампы, показанной на рис. 8. Спецификации для системы топливной рампы требуют, чтобы она выдерживала этот уровень возбуждения в течение 120 часов.

Рис. 13. Спектр усталостных повреждений, рассчитанный на основе измеренной вибрации головки двигателя

Используя алгоритм дождевого потока, FDS оценивается, как показано на рисунке 13. В этом случае FDS рассчитывается как относительный уровень в единицу секунды. Поскольку значение m было определено в результате испытаний на усталость равным 6.5 (см. Рис. 9), относительное масштабирование амплитуды вибрации в зависимости от времени может быть определено для сохранения того же усталостного повреждения. Например, если желательно сократить продолжительность испытания на долговечность со 120 часов до 16 часов (в 7,5 раз), линейную амплитуду сигнала необходимо увеличить только в (120/16) ^{( 1 / 6,5)} = 1,36.

В этом примере предполагается, что PSD сигнала возбуждения остается неизменной, поскольку она увеличивается в масштабе для сокращения времени тестирования. Следующий метод испытаний позволяет еще больше сократить время испытаний на износостойкость за счет контролируемого изменения PSD.

4. Метод ускоренного тестирования с использованием контроля эксцесса

Хендерсон и Пирсол (1995) отметили, что вибростенды, использующие периодические импульсные возбуждения, иногда могут давать негауссовские колебательные отклики в структурных резонансах. Это можно увидеть, рассматривая импульсную характеристику резонанса, как показано на рис. 14.

Рисунок 14. Импульсная характеристика резонанса 500 Гц, ζ = 0,01, k = 20

Ответный PDF-файл очень негауссовский. Одной мерой этого является эксцесс k (нормализованный 4-й момент) уровней вибрации отклика.Гауссовский PDF имеет значение эксцесса k = 3. Негауссовский сигнал на рис. 2 имеет значение эксцесса k = 6. Эксцесс резонансной импульсной характеристики во времени, T, определяется как k = 3 π f _n ζ T = (3/2) π f _n T / Q, где Q = 0,5 / ζ — коэффициент качества резонанса.

Если возбуждение состоит из серии импульсов, возникающих с частотой f _o = 1 / T, как показано на рис. 15, то эксцесс определяется как k = 3 π ζ f _n / f _{o .}

Рисунок 15. Множественные импульсные характеристики с резонансом 500 Гц, ζ = 0,01, k = 5,5 Если возбуждение состоит из большего количества импульсов в случайные моменты времени и амплитуды, как показано на рисунке 16, то PDF отклика начинает сходиться к распределению Гаусса. поскольку больше импульсов содержится в постоянной времени резонансного отклика, приблизительно равной τ = 1 / (2 π f _n ζ).

Рисунок 16. Множественные импульсные характеристики резонанса 500 Гц, ζ = 0,01, k = 3

Запатентованная технология контроля эксцесса, разработанная компанией Vibration Research [Van Baren (2008)], использует это явление, создавая сигнал возбуждения с высоким эксцессом с регулируемой настройкой частоты перехода.Это позволяет получить более высокие пики напряжения без увеличения общего среднеквадратичного значения возбуждения, что сокращает время испытаний.

Рис. 17. Испытательные консольные балки, изготовленные из горячекатаной стали AISI 1020.

Чтобы проиллюстрировать это, две консольные балки с акселерометром, прикрепленным на конце, приводятся в движение в основании с помощью вибратора (см. Рис. 17). Основные резонансные частоты длинного и короткого кантилеверов составляют 17,5 и 49 Гц, соответственно, со значениями демпфирования ζ = 0.01. Во-первых, возбуждение представляет собой гауссовский случайный сигнал со среднеквадратичным значением 1,0 g и плоским уровнем PSD от 10 до 1000 Гц.

Измеренные PSD и PDF ускорений основания и вершины показаны на рис. 18. (Примечание: амплитуда PDF нанесена на логарифмическую шкалу, чтобы лучше видеть уровни хвостов распределения). базовое возбуждение и отклик иглы обоих кантилеверов гауссовы.

Рис. 18. PSD и PDF для откликов кантилевера на 1,0 g RMS, гауссовское базовое возбуждение.(Зеленые линии: базовое возбуждение; синие линии: реакция наконечника)

Затем для возбуждения используется запатентованный управляющий сигнал Kurtosion с тем же среднеквадратичным значением и уровнем PSD, но с эксцессом, увеличенным до k = 9. Частота перехода установлена ​​на 10 Гц. Измеренные PSD и PDF ускорений основания и наконечника показаны на рис. 19. В этом случае длинный кантилевер с основной резонансной частотой 17,5 Гц все еще имеет PDF отклика по Гауссу. Однако короткий кантилевер с основной резонансной частотой 49 Гц теперь имеет высокий коэффициент эксцесса отклика PDF, аналогичный сигналу возбуждения.

Рисунок 19. PSD и PDF для откликов кантилевера на 1,0 g RMS, k = 9, Ftr = 10 Гц возбуждения. (Зеленые линии: базовое возбуждение; синие линии: реакция наконечника)

Наконец, частота перехода снижается до 2 Гц с k = 9, и результирующие PSD и PDF ускорений основания и наконечника показаны на рис. 20. В этом случае длинный кантилевер теперь имеет высокий коэффициент эксцесса отклика PDF, аналогичный к сигналу возбуждения.

Рис. 20. PSD и PDF для откликов кантилевера на 1.0 g RMS, k = 9, Ftr = 2 Гц Возбуждение. (Зеленые линии: базовое возбуждение; синие линии: реакция наконечника)

Кроме того, с более высоким эксцессом спектр усталостных повреждений может быть увеличен без увеличения среднеквадратичного уровня сигнала, как показано на рис. 21. Это позволяет сократить время усталостных испытаний без увеличения производительности вибрационного встряхивателя.

Рис. 21. Спектр усталостных повреждений для резонансов кантилевера (m = 8,0, = 0,01), базовое возбуждение при 1 g RMS для обоих случаев.