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, t. j. 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 tím 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 obrázku 2.

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.

obr2

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, t. j. 5 minút.

Časový signál HD & Spektrum HD

Rozlíšenie = 800 čiar, Rozsah poradia = 100, Faktor zosilnenia symptó­mov = 10:

• 1 800 ot/min merací čas 3,2 sekundy,

• 1 500 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:

obr3

PRÍKLAD OTÁČACIE ZARIADENIE MANIPULAČNÉHO ROBOTA – MERANIE V OSI 1

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, je robot schopný vykonať jednu pol otáčku za 18 sekúnd. Ak pol otáčky cha­rakterizujeme ako jednu otáčku – druhá je po zmene smeru otáčania, v prepočte vychádza na 3,3 ot./min.

obr4

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 trvalo inštalovaného sní­mača SPM 44000.

obr5
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 pol 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 pol otáčky dochádza k dotyku 86 zubov. Celková šírka amplitúdy časového signálu je úmerná stavu ozubenia pohonu.

obr9

Amplitúdy prevyšujúce vyrovnaný trend od ozubenia sú spôsobené chy­bovou frekvenciou ložiskovej časti. Je možné spočítať ich pre známy typ ložiska.

obr10

Časový úsek s časovým rozdielom 0,8115 sekúnd.

Celkový čas 18,415/0,8115 = 22,69 násobok, čo môže byť dvojnásobok chybovej frekvencie ložiskového krúžku.

obr11

Časový úsek 4,5 násobok otáčkovej frekvencie, čo môže byť chybová frek­vencia valivých teliesok.

obr12

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 MIXÉRA 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 zachytiť vyrovnané otáčky, alebo zmenu menšiu ako 50 % zmeny.

– Počas meraní je bezpodmienečne nutné aj sledovanie otáčok, resp. aj zmeny otáčok – časovo 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 sústrediť sa 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.

obr17

Na obrázku č. 17 môžeme vidieť spektrum rázového impulzu z ložiska mixéra za prevodovkou, kde sa výraznejšie prejavuje len prenos zábero­vej zubovej frekvencie z druhého medzikola prevodovky, pred výstupným kolom pohonu ľavej šnekovnice mixéru.

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

obr18

ZÁVER

Z uvedených výsledkov vidieť, že metóda SPM HD umožňuje zachytáva­nie aj slabých signálov, ktoré vyžadujú nastavenie meracieho okna výraz­ne dlhšie, 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 je spúšťacím impulzom 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, SPM INSTRUMENT