obrPríspevok popisuje možnosti využitia modernej diagnostickej metódy SPM HD s funkciami časového signálu a spúšťaných meraní pri diagnostike strojov s nepravidelným rotačným pohybom, ako sú manipulačné roboty či výťahy, používané v automobilovom priemysle.

Úvod
Rázový impulz je fyzikálny signál, ktorý vzniká pri dotyku dvoch kovových častíc v ložisku,
resp. v prevodovke – kovový styk medzi valivým telesom a obežnou dráhou, resp. medzi zubami ozubeného prevodu. Mohutnosť rázových impulzov zachytáva a spracováva patentovaná metóda SPM. Diagnostická metóda SPM HD umožňuje meranie a spracovanie ložiskového signálu z nízkootáčkových strojov. V rámci našej prezentácie by sme radi ukázali, že predmetná meracia technika a metóda plne funguje aj pri meraní stojov s nepravidelným rotačným pohybom, ako sú manipulačné roboty, alebo mixéry s extrémne veľkými zmenami rýchlosti v rámci pracovného cyklu a s výraznými zaťaženiami počas výroby.
V príspevku uvádzame konkrétne príklady výsledkov meraní, už aj pri otáčkach okolo 3,2
ot./min., resp. príklad s riadeným spúšťaným meraním pri vyrovnaných otáčkach.

Možnosti měřící metody SPM HD
Metoda SPM HD disponuje širokým dynamickým rozsahem měření (dle typu měřící jednotky
až 140 dB, tj. 7 dekád). To dovoluje současné měření extrémně slabých signálů z pomaloběžných ložisek a velmi silných signálů, které se mohou objevit jako průvodní jev při měření (rušení, princip činnosti stroje, ...).
Kromě toho metoda disponuje několika užitečnými nástroji, které je možné využít k přesnému
určení okamžiku měření – tzv. spouštěná měření a zároveň techniku, která částečně eliminuje změny v rotační rychlosti.
Eliminace změn rotační rychlosti je provedena pomocí funkce „Sledování pořadí". Běžná
jednotka rotační rychlosti ot/min (resp. Hz) je nahrazena jednotkou „Pořadí", přičemž 1x je míněna aktuální rotační rychlost bez ohledu na její hodnotu. Díky tomu dostaneme ostré spektrum signálu i za situace, kdy se rotační rychlost během snímání měřícího okna mění.

obr1

Kromě rozmazání spektrálních čar symptomů však dochází ještě k podstatnějšímu problému a to je až několikanásobný pokles hodnoty sledovaného symptomu. Důvodem je, že energie tohoto symptomu je rozložena do šířky – do několika sousedních čar a tím dojde k poklesu špičky. Efekt je znázorněn na následujícím obrázku.

obr2

Nepravidelnost či rušivý signál lze dále řešit pomocí spouštěných měření. Kromě externího signálu lze jako spoušť využít nárůst či pokles otáček resp. silný signál, po jehož odeznění bude měření provedeno. Příkladem jsou např. ložiska válcovacích tratí, která je třeba měřit v zátěži, ale hrana ingotu vcházející mezi válce vytváří velmi silný rušivý signál. Ten se proto stává spouštěcím signálem pro zahájení měření.

obr3

Súvislosť medzi meracím časom a skutočnými otáčkami stroja
Empirické štúdie ukazujú, že pre relevantné výsledky je potrebný merací čas min. 10 otáčok hriadeľa, optimálne však 50 otáčok hriadeľa!
Metóda HDm/HDc – Merací čas = 50 x (60/RPM) :
 1 800 ot/min merací čas 1,7 sekundy
 1 500 ot/min merací čas 2 sekundy
 500 ot/min merací čas 6 sekúnd
 100 ot/min merací čas 30 sekúnd
 50 ot/min merací čas 60 sekúnd
 10 ot/min merací čas 300 sekúnd, tj. 5 minút

Časový signál HD & Spektrum HD
Rozlíšenie=800 čiar, Rozsah poradia=100, Faktor zosilnenia symptómov=10:

1800 ot/min merací čas 3,2 sekundy
 1500 ot/min merací čas 3,8 sekundy
 500 ot/min merací čas 11,5 sekundy
 100 ot/min merací čas 58 sekúnd
 50 ot/min merací čas 115 sekúnd
 10 ot/min merací čas 9 minút 40 sekúnd

Inicializačná hodnota DBi, ako aj HDi – je plávajúca hodnota, vypočítaná ako funkcia vstupných otáčok a vnútorného priemeru ložiska:

mrdzi

Príklad otáčacie zariadenie manipulačného robota – meranie v Osi 1

obr4
obr5

Meranie je možné vykonať len v tzv. servisnom móde, kde otáčacie zariadenie vykonáva pohyb z jednej krajnej polohy do druhej krajnej polohy. V podstate ide o polovičné otáčky v cyklickom slede.

V takomto režime s prihliadnutím na všetky bezpečnostné predpisy, robot je schopný vykonať jednu pól otáčku za 18 sekúnd. Ak pól otáčky charakterizujeme ako jednu otáčku – druhá je po zmene smeru otáčania, v prepočte vychádza na 3,3 ot./min.

 

 

Pri danom nastavení dostaneme 9,6 výsledkov s meracím časom za 160 sekúnd, t.j. okolo 2,5 minúty. Meranie bez pripraveného meracieho miesta je nepredstaviteľné. Je potrebné minimálne nalepovaný adaptér, lepšie zavŕtaný do závitu M8, alebo použitie trvale inštalovaného snímača SPM 44000.

 

 

 

 

obr6

Jedna pol otáčka bola vykonaná za 18,4 s – t.j. ak by sme to brali ako otáčky – tak otáčková frekvencia vychádza na 0,054 Hz, čomu zodpovedá 3,26 ot./min. Frekvencia pri 4,667 Hz je 85,86 násobok otáčkovej frekvencie, čo predstavuje zubovú frekvenciu ozubenia otáčacieho zariadenia.

obr7

Za celkový časový úsek 57 sekúnd, otáčacie zariadenie uskutočnilo dve zmeny smeru otáčania. Celkový čas v jednom smere, ako vidieť z úsečky medzi označením „A" a „B" je 18,4 sekúnd, je to čas necelej pól otáčky v jednom smere. Pri každej zmene smeru otáčok dochádza k výraznému poklesu hodnoty HDsv, čo je spôsobené vôľou v zuboch a pri každej zmene polohy smeru, dochádza k uvoľneniu od zaťaženia a k znovu záberu zubov v opačnom smere. Zmení sa aj veľkosť zaťaženia. Počet špičiek medzi priamkami A a B je 86, celkový počet zubov koruny otáčacieho zariadenia je 184, počas necelej pól otáčky dochádza k dotyku 86 zubov.

obr9
obr11

 

Meranie otáčacieho zariadenia robotov je náročné, ale otáčky počas meracieho cyklu sú konštantné. Výrazne sťaží meracie podmienky, ak napriek nízkym otáčkam v priebehu merania otáčky sú aj premenlivé. To môžeme vidieť na nasledujúcom príklade.

Príklad mixéru gumovej zmesi, s premennou rýchlosťou počas výrobného cyklu

obr13

Problematika merania mixérov:
- Nepravidelná rýchlosť, mení sa od 5 ot./min. – do maxima, čo je okolo 45 ot./min..
- Celkový časový úsek s rovnomernými otáčkami je krátky – len niekoľko sekúnd.
- Mení sa: rozbeh – trvalý chod – spomalenie.
- Je potrebné vychytiť vyrovnané otáčky, alebo zmenu menšiu ako 50 % zmeny.
- Počas meraní, je nepodmienečne nutné aj sledovanie otáčok, resp. aj zmeny otáčok – časove synchrónne meranie. Rozsah otáčok je 0 – 45 ot./min.

obr14

Z trvalého sledovania otáčok môžeme vidieť, že dochádza k nábehovej časti – vyrovnaným otáčkam – a spomaleniu rýchlosti počas pracovného cyklu. Vyrovnané otáčky trvajú zhruba 40 sekúnd. Celkový čas merania je potrebné sa sústrediť na túto oblasť prevádzkového cyklu.

obr15

Z prvej polovice nameraných hodnôt, kde popri hodnotách HDm/HDc bolo vykonané aj meranie otáčok, ale bez nastavenia spúšťacieho signálu, je vidieť, že namerané výsledky boli náhodné, začalo sa nejaké meranie, ale poklesom otáčok hodnoty neboli relevantné. Po nastavení spúšťacieho impulzu, trend je vyrovnaný a namerané hodnoty sú relevantné a spolu s nasnímanými spektrami plne hodnotiteľné.
Na obrázku č. 17 môžeme vidieť spektrum rázového impulzu z ložiska mixéru za prevodovkou, kde výraznejšie sa prejavuje len prenos záberovej zubovej frekvencie z druhého medzikola prevodovky, pred výstupným kolom pohonu ľavej šnekovnice mixéru.

obr17

Z kontrolného merania po výmene poškodeného medzikola prevodovky jasne vidieť, že záberová zubová frekvencia, ako rázy generované ozubením bola odstránená. Spektrum rázového impulzu bola čistá, bez prejavenia sa prenosu od zubovej frekvencie.

Záver
Z uvedených výsledkov vidieť, že metóda SPM HD umožňuje zachytávanie aj slabých signálov, ktoré vyžadujú nastavenie meracieho okna výrazne dlhšiu, ako pri meraní bežných zariadení. Cyklický pohyb s vyfiltrovaním oblasti zmeny smeru otáčania sa, umožňuje spoľahlivé meranie rázových impulzov vychádzajúcich z ozubenia, resp. z ložiska otáčacieho zariadenia manipulačných robotov. Výrobné stroje s meniacimi sa otáčkami sú hodnotiteľné pomocou podmieneného merania, kde spúšťacím impulzom je dosiahnutie nastavených otáčok. Správnym nastavením meracieho času a spúšťacieho signálu je možné uskutočniť meranie a hodnotenie výsledkov z oblasti konštantných rýchlostí, z oblasti vyrovnaného chodu stroja.

TEXT/FOTO LADISLAV ANTAL, PETR UŘÍDIL

Lektorovala: prof. Ing. Hana Pačaiová, PhD.