Диагностика состояния подшипников строительных машин

Введение в диагностику подшипников строительных машин

Подшипниковые узлы строительных машин работают в условиях повышенных динамических и статических нагрузок, воздействия абразивных частиц, перепадов температур и вибраций. Экскаваторы, бульдозеры, погрузчики и другая дорожно-строительная техника эксплуатируются в режимах, близких к экстремальным, что требует систематического контроля технического состояния подшипниковых узлов.

Своевременная диагностика состояния подшипников позволяет предотвратить аварийные остановки оборудования, снизить затраты на внеплановые ремонты и обеспечить безопасность эксплуатации строительной техники. Современные методы неразрушающего контроля дают возможность обнаружить дефекты на ранних стадиях развития, когда замена подшипника может быть произведена планово без ущерба для производственного процесса.

Особенности работы подшипников в строительных машинах

Подшипниковые узлы строительной техники испытывают воздействие следующих факторов:

Вибродиагностика подшипников

Вибродиагностика является наиболее информативным методом контроля технического состояния подшипников качения. Метод основан на анализе вибрационных сигналов, генерируемых при появлении дефектов в элементах подшипника.

Нормативная база вибродиагностики

В Российской Федерации методы измерения вибрации подшипников качения регламентируются ГОСТ Р 52545.1-2006 (ИСО 15242-1:2004) «Подшипники качения. Методы измерения вибрации. Часть 1. Основные положения». Данный стандарт определяет методы измерения вибрации в установленных условиях, методы калибровки и проверки точности измерительных систем.

Основные методы вибродиагностики

Метод измерения среднеквадратичного значения виброскорости

Метод основан на измерении СКЗ виброскорости в диапазоне частот 10-1000 Гц. Позволяет быстро оценить общее вибрационное состояние подшипникового узла. Метод широко применяется для входного контроля подшипников и периодического мониторинга оборудования.

Метод пик-фактора

Метод пик-фактора заключается в периодическом измерении среднеквадратичного значения и пиковых амплитуд вибрации. Вычисляется отношение СКЗ к пиковым значениям вибрации, точка достижения максимума пик-фактора указывает на критическое состояние подшипника. Экспериментально установлено, что при достижении экстремума пик-фактора остаточный ресурс подшипника составляет 15-20 дней.

Метод ударных импульсов

Метод ударных импульсов (SPM - Shock Pulse Measurement) основан на регистрации высокочастотных импульсов, возникающих при прохождении дефектных участков через нагруженную зону подшипника. Метод имеет высокую чувствительность на ранних стадиях развития дефектов.

Спектральный анализ вибрации

Спектральный анализ основан на преобразовании временного сигнала вибрации в частотный спектр с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Анализ спектра позволяет точно локализовать дефект и определить поврежденный элемент подшипника по характерным частотам.

Анализ спектра огибающей

Метод спектра огибающей является классическим методом диагностики подшипников качения, позволяющим обнаружить дефекты на самой ранней стадии зарождения. Метод основан на демодуляции высокочастотного вибросигнала и анализе его огибающей. Сигнал пропускается через полосовой фильтр в резонансной зоне подшипникового узла (обычно 500 Гц - 40 кГц), затем выделяется огибающая сигнала и строится её спектр.

Периодичность вибродиагностики строительных машин

Для строительных машин рекомендуется следующая периодичность вибродиагностического контроля:

Тепловизионный контроль и контроль температуры

Контроль температуры подшипниковых узлов наряду с вибромониторингом является основным методом неразрушающего контроля технического состояния. Превышение допустимой температуры неизбежно приводит к снижению прочностных свойств стали подшипника вследствие отпуска металла, деградации смазочного материала и ускоренному износу.

Температурные нормы работы подшипников

Каждый подшипник рассчитан на работу в строго определенном температурном диапазоне. Для общепромышленных условий установлены следующие температурные критерии:

Методы измерения температуры

Контактные методы измерения

Контактные методы предполагают непосредственный контакт датчика температуры с поверхностью подшипникового узла. Наиболее распространены электронные термометры с выносным щупом, термопары и терморезистивные датчики (RTD). Контактные методы обеспечивают высокую точность измерений и могут использоваться для постоянного мониторинга.

Бесконтактные методы измерения

Для бесконтактного измерения температуры применяются инфракрасные термометры (пирометры) и тепловизоры. Эти приборы используются при плановых осмотрах, так как требуют прямой видимости объекта измерения. Необходимо учитывать, что истинная температура подшипника может отличаться от температуры корпуса на 15-20°C и более.

Тепловизионная диагностика

Тепловизионный контроль позволяет получать визуализированное температурное поле оборудования без остановки производства. Метод основан на регистрации инфракрасного излучения от поверхностей оборудования и преобразовании его в визуальное изображение (термограмму).

Причины повышения температуры подшипников

Акустическая диагностика и анализ шума

Акустическая диагностика основана на анализе звуковых колебаний, производимых подшипником в процессе работы. Метод является одним из наиболее доступных и позволяет выявлять дефекты как на слух (субъективный метод), так и с применением специализированных приборов (объективный метод).

Характерные акустические проявления дефектов

Методы акустической диагностики

Субъективный анализ (слуховой метод)

Метод основан на прослушивании шума подшипника с помощью технического стетоскопа или акустического усилителя. Требует значительного опыта диагноста и «музыкального слуха». Позволяет быстро локализовать источник шума и получить предварительную оценку состояния подшипника.

Спектральный анализ шума

Наиболее информативный метод, позволяющий получить спектрограмму вибраций и выявить частоты, соответствующие конкретным дефектам. Для профессионального анализа используются анализаторы спектра звука и специализированное программное обеспечение.

Ультразвуковая акустическая диагностика

Ультразвуковые стетоскопы позволяют прослушивать диапазон ультразвуковых колебаний 20-100 кГц, связанный с повреждениями подшипников качения. Ультразвуковой сигнал преобразуется в слышимый диапазон, что позволяет диагносту выявлять дефекты на ранних стадиях.

Акустико-эмиссионный метод

Метод акустической эмиссии основан на регистрации упругих волн, возникающих при деформации и разрушении материала. Позволяет обнаруживать зарождающиеся трещины и области усталостного разрушения до их визуального проявления.

Комплексная диагностика и прогнозирование

Комплексный подход к диагностике подшипников строительных машин предполагает одновременное применение нескольких методов контроля. Это позволяет получить наиболее полную картину технического состояния и достоверно прогнозировать остаточный ресурс.

Интегрированная система мониторинга

Современные интегрированные системы мониторинга обеспечивают непрерывный контроль состояния подшипников в режиме реального времени. Такие системы включают датчики вибрации, температуры, давления в системе смазки и обеспечивают автоматическую обработку и анализ данных.

Прогнозирование остаточного ресурса

Прогнозирование остаточного ресурса подшипника основано на анализе трендов изменения диагностических параметров во времени. Методики прогнозирования регламентируются РД 26.260.004-91 «Прогнозирование остаточного ресурса оборудования по изменению параметров его технического состояния при эксплуатации».

Этапы развития дефектов подшипников

Критерии принятия решений

Решение о продолжении эксплуатации или замене подшипника принимается на основании комплексной оценки диагностических параметров:

Приборы и оборудование для диагностики

Виброметры и виброанализаторы

Современные виброанализаторы обеспечивают регистрацию и обработку вибрационных сигналов с последующим спектральным анализом. Приборы оснащаются встроенными или внешними датчиками виброускорения, поддерживают различные методы анализа и имеют базы данных подшипников для автоматического расчета характерных частот.

Стенды входного контроля подшипников

Стенды вибрационного контроля типа СВК-А, СП-180М, ПРОТОН-СПП используются для входного контроля качества подшипников перед установкой на оборудование. Стенды позволяют измерять вибрационные характеристики при заданной нагрузке и частоте вращения в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52545.1-2006.

Тепловизоры и пирометры

Для бесконтактного температурного контроля применяются инфракрасные термометры (пирометры) и тепловизоры. Современные тепловизоры обеспечивают температурное разрешение 0,05°C и позволяют сохранять термограммы для последующего анализа и архивирования.

Ультразвуковые детекторы

Ультразвуковые детекторы работают в диапазоне 20-100 кГц и применяются для обнаружения утечек газа, электрических разрядов и диагностики подшипников. Приборы преобразуют ультразвуковые колебания в слышимый диапазон с возможностью записи и анализа сигнала.

Практические рекомендации

Организация системы диагностики

Эффективная система диагностики подшипников строительных машин должна включать следующие элементы:

Точки измерения вибрации

Измерения вибрации на подшипниковых опорах следует проводить в трех взаимно перпендикулярных направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом. Датчик устанавливается на неподвижном корпусе подшипникового узла максимально близко к подшипнику.

Условия проведения измерений

Документирование результатов

Результаты диагностики должны фиксироваться в протоколах с указанием даты, времени, условий измерений, измеренных значений параметров и заключения о техническом состоянии. Рекомендуется ведение трендовых графиков изменения параметров во времени для каждого контролируемого узла.

Часто задаваемые вопросы