Как виброскорость перевести в виброускорение

Форум АСУТП

oleg314 здесь недавно
Сообщения: 3 Зарегистрирован: 16 янв 2018, 14:07 Имя: Олег Благодарил (а): 1 раз

Пересчет виброускорения в виброскорость

Сообщение oleg314 » 16 янв 2018, 14:11

Мы всегда пользовались для оценки уровня вибрации датчиком виброскорости. Теперь купили датчик виброускорения, с большим частотным диапазоном. От нового датчика пользы куда больше, т.к. видны на АЧХ все частоты. Но: начальство захотело видеть с помощью нового датчика также и интегральную характеристику, то есть виброскорость, в мм/сек. Не знаю, зачем, наверное, чтобы видеть привычные цифры.

1. Как пересчитать мм/сек2 в мм/сек? Диапазоны частот ведь у этих датчиков разные. и прочие характеристики.

2. У старого датчика виброскорость всегда была положительным значением; значит ли это, что датчик показывает амплитуду виброскорости?

3. Реально ли вообще выйти с помощью математических преобразований виброускорения на те же цифры, что дает датчик виброскорости, или правильнее просто отградуировать датчик виброускорения для получения виброскорости?

Прим.: «калькуляторы» не предлагать, нужны формулы для встраивания в наш софт. Или какой-то совет.

Виброкалькулятор под Windows

Для удобства расчетов в вибродиагностике очень помогает виброкалькулятор, переводящий различне величины вибрации и единицы.

С его помощью можно:

— Перевести единицы измерения вибрации с «английских» на «русские».

— Перевести СКЗ в пик, пик-пик и наоборот.

— Перевести виброскорость в виброускорение, виброперемещение и наоборот.

Виброкалькулятор можно бесплатно скачать и установить на свой компьютер по ссылке ниже,

Виброперемещение (s), виброскорость (V) и виброускорение (a) связаны следующими соотношениями.

Интенсивность вибрационных воздействий зависит от частоты. Как следствие весь диапазон частот колебаний разбивают на отрезки (полосы частот) и определяют уровни вибрации для каждой полосы в от­дельности. В качестве стандартных частотных полос при оценке вибрационной безо­пасности принимают октавные полосы, у которых отношение верхних граничных час­тот к нижним частотам равно 2. Каждую октавную полосу принято обозначать средне­геометрическим значением ее граничных частот.

Здесь f_min – нижняя, аf_max– верхняя граничная частота (Гц).

Степень ощущения вибрации оценивают по закону Вебера-Фехнера логарифмической относительной величиной – уровнем виброскорости L_vв децибелах.

Здесь V— действующее среднеквадратичное значение виброскорости, м/с;V₀— пороговая виброскорость, равная 5*10 -8 м/с.

Среднеквадратичная виброскорость примерно в 1,4 меньше амплитудного значения.

Учитывая связь виброскорости и виброускорения, закон Вебера-Фехнера может быть применен и для оценивания степени ощущения вибрации с помощью уровня виброускорения.

Здесь а— действующее среднеквадратичное значение виброускорения, м/с;а₀— пороговое виброускорение, равное 3*10 -4 м/с.

Вибрации машин и механизмов являются сложными колебаниями, которые могут быть представлены суммой гармонических колебаний. Вибрацию, как и шум, характеризуют спектром в октавных полосах частот, который можно представить графически.

Классификация вибрации

По способу передачи на человека вибрацию делят на две группы.

1. Общая, которая действует на тело сидящего или стоящего человека и оценивается в октавных полосах f= 2, 4, 8, 16, 31,5; 63 Гц.

2. Локальная, которая передаётся через руки на частотах f = 8, 16, 31,5; 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.

По источнику возникновения вибрацию делят на три категории:

1. Транспортная (подвижные машины на местности).

2. Транспортно-технологическая (краны, погрузчики).

3. Технологическая (рабочие места).

По времени действия вибрацию подразделяют на следующие категории.

1. Постоянная. Здесь величина контролируемого параметра за время наблю­дения изменяется не более чем в два раза;

2. Непостоянная. Здесь величина контролируемого параметра изменяется более чем в 2 раза за время наблюдения не менее 10 мин при измерении с по­стоянной времени 1 с.

Непостоянная вибрация может быть колеблющейся, прерывистой и импульсной.

2.8. Вибрация. Воздействие вибрации на человека и её нормирование

При действии вибрации высоких уровней возникают болезненные ощущения и патологические изменения в организме.

1. Болезненные ощущения вызываются резонансом внутренних органов, появляются боли в пояснице, а при локальной вибрации — спазм сосудов, онемение пальцев и кистей рук.

2. При длительном воздействии вибрации возможно развитие вибрационной болезни, тяжёлая стадия которой неизлечима. Вибрация отрицательно воздействует на ЦНС, возникают головные боли, головокружение, нарушение сердечной деятельности, расстройство вестибулярного аппарата.

Выделяются три стадии проявления виброболезни: начальная (Iстадия), уме­ренно выраженная (IIстадия) и выраженная (IIIстадия).

Виброболезнь относится к группе заболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь на ранних стадиях. Восстановление на­рушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Негативное влияние вибрации на человека

Вид изменений в организме

Результаты вибраци­онного воздействия

Увеличение времени двигательной реакции

Увеличение времени зрительной ре­акции

Нарушение вестибулярных реакций и координации движений

Развитие нервных заболеваний

Нарушение функций сердечно-сосу­дистой системы

Нарушение функций опорно-двига­тельного аппарата

Поражение мышечных тканей и сус­тавов

Нарушение функций органов внут­ренней секреции

Нарушение функций половых орга­нов

Снижение произво­дительности труда и качества работы

Возникновение виб­рационной болезни

Различают техническое и гигиеническое нормирование вибрации.

Техническое нормирование устанавливает допустимые значения вибрационных характеристик ма­шин. Основу гигиени­ческого нормирования составляют критерии здоровья человека при воздействии на него вибрации с учетом напряженности и тяжести труда.

Нормируемыми показателями вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах в процессе труда являются следующие.

1) при постоянной вибрации – спектральные или корректированные по частоте значения контролируемого параметра;

2) при непостоянной вибрации – значения дозы вибрации или эквивалентного кор­ректированного значения контролируемого параметра.

Корректированное по частоте значение контролируемого параметра U определя­ется по следующей формуле:

.

Здесь U_i –cреднее квадратическое значение контролируемого параметра (виброскорости или виброускорения) вi-й частотной полосе;n – число частотных полос в нормируе­мом диапазоне;k_i– весовой коэффициент дляi—й частотной полосы для среднего квадратического значения контролируемого параметра (определяются ГОСТ и СН).

Доза вибрации Dопределяется по следующей формуле:

.

Здесь U(t)– корректированное по частоте значение контролируемого параметра в момент времениt;Т– время воздействия вибрации.

Эквивалентное корректированное значение U_эквопределяется по следующей формуле:

.

Классификация средств уменьшения вибрации

1. Уменьшение вибрации в источнике возникновения. Эти средства осуществляют в процессе проектирования и строительства машины. К ним относятся: центровка, динамическая балансировка, изменение характера возмущающих воздействий.

2. Организационно-технические мероприятия, которые включают уменьшение времени воздействия вибрации применением дистанционного управления, сокращение рабочего дня, устройство перерывов в работе.

3. Средства коллективной защиты: виброизолирующие крепления механизмов и рабочих мест, динами­ческое виброгашение, демпфирование.

4. Средства индивидуальной защиты: виброзащитные рукавицы и обувь.

Для уменьшения вибрации применяют резиновые, пружинные или пневматические виброизоляторы, которые снижают динамическую силу, передающуюся от машины на фундамент.

Эффективность виброизоляции L_виб(дБ) — это разность уровней вибрации на фундаменте при жёсткомN_ж(дБ) и эластичномN_эл(дБ) креплении машины.

При выборе виброизоляторов решают две задачи: достижение высокой виброизоляции и обеспечение надёжности работы системы.

Зависимость уровня виброизоляции

от отношения частот свободных и вынужденных колебаний системы

При понижении свободной частоты колебаний виброизоляция возрастает.

F₀,f_в– частоты свободных и вынужденных колебаний, Гц.

При установке машины на резиновые виброизоляторы обычно f₀=20-50 Гц, а на пружинные –f₀=2-6 Гц, поэтому эффективность пружинных виброизоляторов больше, чем резиновых особенно в диапазоне низких и средних частот.

В случае возникает явление резонанса. Как следствие, установке виброизоляторов должен предшествовать этап расчета их эффективности.

Качество виброизоляции оценивается коэффициентом передачи при виброизоляции . Коэффициентпредставляет собой отношение амплитуды виброперемещенияS_о (виброскоростиV_о, виброу­скоренияа_о) защищаемого объекта к амплитуде той же величины источника возбуждения при гармонической вибрации.

.

Здесь f_в– частота вынуждающей силы;f_о– частота собственных колебаний системы на виброизоляторах.

Частота собственных колебаний системы на виброизоляторах определяется по следующей формуле:

.

Здесь x_ст – статическое смещение (осадка) источника колебаний (виброизолируемой машины) на виброизоляторах под действием силы тяжести (см).

Виброизоляторы снижают вибрацию при .

Помимо коэффициента  виброизоляцию можно оценить по следующей формуле логарифмической величины виброизоляцииL:

.

Эта формула является частным случаем закона Вебера-Фехнера.

2.9. Электромагнитные излучения

Спектр электромагнитных колебаний по частоте достигает 10 21 Гц. Его подразделяют на область неионезирующих и ионизирующих излучений.

К неионезирующему излучению относят инфракрасное, видимое (световое), ультрафиолетовое и лазерное излучение. В гигиенической практике к нему также относят электрические и магнитные поля.

Источники электромагнитных полей бывают природные и техногенные.

К природным источникам относят атмосферное электричество, излучение Солнца, электрическое и магнитное поля Земли и др.

К техногенным источникам относят трансформаторы, электродвигатели, телеаппаратуру, линии электропередач, компьютеры, мобильные телефоны и др.

Обычно рассматриваются электрические и магнитные поля так называемой промышленной частоты (50 Гц).

Процесс распространения электромагнитного поля имеет характер волны, при этом в каждой точке пространства происходят гармонические колебания напряжённости электрического Eи магнитногоHполей. ВектораEиHвзаимно перпендикулярны.

Длина волны λ(м) связана со скоростью распространения колебанийс(м/с) и частотойf(Гц) соотношением:

.

Здесь с=3*10 8 м/с – скорость распространения электромагнитных волн в воздухе.

Направление движения потока энергии определяется вектором Умова-Пойтинга — .

.

ЭМП вызывает повышенный нагрев тканей человека, и если механизм терморегуляции не справляется с этим явлением, то возможно повышение температуры тела. Тепловой порог составляет 100вт/м 2 . . Тепловое воздействие наиболее опасно для мозга, глаз, почек, кишечника. Облучение может вызвать помутнение хрусталика глаза (катаракту).

Под действием ЭМП изменяются микропроцессы в тканях, ослабляется активность белкового обмена, происходит торможение рефлексов, снижение кровяного давления, а в результате – головные боли, одышка, нарушение сна.

При постоянной работе в условиях хронического воздействия ЭМП, превышающего ПДУ, развиваются нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, происходят изменения в крови. При преимущественно локальном воздействии могут проявляться ощущения зуда, бледность и синюшность кожных покровов, отечность и уплотненность кожи.

Воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь).

Нормирование ЭМП промышленной частоты осуществляют по предельно допустимым уровням напряженности ЭМП частотой 50 Гц в зависимости от времени пребывания в нем. Регламентируется нормирование «Санитарными нормами и правилами выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты» и ГОСТ по электрическому полю, а также СанПиН по переменному магнитному полю частоты 50 Гц в производственных условиях.

Нормы устанавливают допустимые значения напряжённости E(в/м) в диапазоне радиочастот (3*10 4 -3*10 8 Гц) в зависимости от времени облучения отдельно для профессиональной и непрофессиональной деятельности, а в диапазоне сверхвысоких частот нормируют интенсивностьI(вт/м 2 ), которая численно равна модулю вектора Умова-Пойтинга.

Пребывание в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м включительно допускается в течение всего рабочего дня. Допустимое время пребывания в часах в ЭП напряженностью 5-20кВ/м вычисляется по следующей формуле:

.

Допустимое пребывание в ЭП может быть реализовано одноразово или дробно в течение всего рабочего дня. В остальное время напряженность ЭП не должна превышать 5 кВ/м. При напряженности ЭП 20-25 кВ/м время пребывания в ЭП не должно превышать 10 мин. В течение рабочего дня. ПДУ напряженности ЭП устанавливается равным 25 кВ/м.

Предельно допустимые значения ЭП (Е_пред) МП (H_пред) в диапазоне частот от 60кГц-300мГц на рабочих местах устанавливают исходя из допустимой энергетической нагрузки и времени воздействия.

Они могут быть определены по следующим формулам:

,

где – предельно допустимые значения энергетической нагрузки в течение рабочего дня.

Степень и характер воздействия ЭМИ на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения, размером облучаемой поверхности, индивидуальными особенностями организма и наличием сопутствующих факторов.

Воздействие на человека электростатического поля (статического электричества) связано с протеканием через человека слабого тока (несколько микроампер). При этом электротравм не бывает, однако рефлекторная реакция на ток может привести к механической травме, падению и т.п.

Наиболее чувствительны к ЭСП центральная нервная система, сердечно-сосудистая система, анализаторы. Воздействие ЭСП может проявляться в раздражительности, головной боли, нарушении сна и т.п. Также наблюдаются своеобразные «фобии», обусловленные страхом разряда.

Классификация методов защиты человека от электромагнитных излучений

1. Профессиональный медицинский отбор. К работе с установками электромагнитных излучений не допускаются лица моложе 18 лет, а также с заболеваниями крови, сердечно-сосудистой системы, глаз.

2. Организационные меры: защита временем и расстоянием; знаки безопасности.

3. Технические средства, направленные на снижение уровня ЭМП до допустимых значений (экраны отражающие и поглощающие, плоские, сетчатые, оболочковые).

4. Средства индивидуальной защиты (комбинезоны, капюшоны, халаты из металлизированной ткани, специальные очки со стёклами, покрытыми полупроводниковым оловом).

Защита работающих от излучений радиочастотного и сверхвысокочастотного диапазона

Радиочастотный диапазон: 3*10 4 -3*10 8 Гц.

Сверхвысокочастотный диапазон: 3*10 8 -3*10 12 Гц.

1. Интенсивность электромагнитных излучений I(вт/м 2 ) от источника мощностьюР_ист(вт) уменьшается с увеличением расстоянияRпо зависимости:

.

Поэтому рабочее место оператора должно быть максимально удалено от источника.

2. Отражающие экраны изготовляют из хорошо проводящих металлов: меди, алюминия, латуни, стали. ЭМП создаёт в экране т.н. токи Фуко, которые наводят в нём вторичное поле, препятствующее проникновению в материал экрана первичного поля. Эффективность экранирования L(дБ) определяется по следующей формуле:

.

Здесь I,I₁ – интенсивность ЭМП без экрана и с экраном;L= 50 – 100 дБ.

3. Иногда для экранирования ЭМП применяют металлические сетки. Сетчатые экраны имеют меньшую эффективность, чем сплошные. Их используют, когда требуется уменьшить интенсивность (плотность потока мощности) на 20 – 30 дБ (в 100 – 1000 раз).

4. Поглощающие экраны выполняют из радиопоглощающих материалов (резина, поролон, волокнистая древесина).

5. Многослойные экраны состоят из последовательно чередующихся немагнитных и магнитных слоёв. В результате осуществляется многократное отражение волн, что обусловливает высокую эффективность экранирования.

Наиболее распространенным источником электромагнитного излучения в быту и на работе в последнее время стал компьютер.

Определены следующие факторы отрицательного воздействия компьютера на человека: статические нагрузки; нагрузка на зрение; гиподинамия (нарушение функций организма, в связи с ограничением двигательной активности, снижением силы сокращения мышц); электромагнитные излучения; электрические поля; психологическая нагрузка.

Санитарные нормы устанавливают предельные значения напряжённости электрического и магнитного поля при работе на ПК.

Для людей, регулярно работающих на компьютере, установлены следующие длительности работы.

Длительность работы на ПК без перерыва – не более 2 часов.

Длительность работы на ПК преподавателей – не более 4 часов в день.

Длительность работы на ПК студентов – не более 3 часов в день.

При этом минимальное расстояние от глаз до экрана не должно быть меньше 50 см.

При нарушении установленных требований проявляются следующие заболевания.

Лекция 11. Параметры и характеристики механических колебаний

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×10 3 / (2 π×f),
  S =v/ (2 π×f )= a×10 3 / (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/с 2 ;
• между фазами перемещения, скорости и ускорения существует сдвиг на 90 0 , то есть скорость по фазе опережает перемещение на четверть периода, а ускорение опережает перемещение на полпериода – 180 0 (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.

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).

Виброускорение

Виброскорость

Виброперемещение

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/с 2 .

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

1. 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.
2. Среднеарифметическое мгновенных значений вибрации – среднее значение измеренных данных, характеризует общую интенсивность вибрации:
   alt=»Среднеарифметическое мгновенных значений вибрации» width=»300″ height=»95″ />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.
3. Среднее квадратичное значение (СКЗ) – квадратный корень из среднего арифметического или среднего интегрального значения квадрата колеблющейся величины в рассматриваемом периоде времени:
   alt=»Среднее квадратичное значение (СКЗ)» width=»300″ height=»92″ />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:
   alt=»Среднее квадратическое значение виброскорости» width=»300″ height=»39″ />Среднеквадратическое значение учитывает временное развитие исследуемых колебаний и непосредственно отображает значение, связанное с энергией сигнала и, следовательно, разрушающей способностью этих колебаний.
4. 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

1. 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:

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/с 2 . По ГОСТ 30296-95: v_НАЧ = 5·10 -8 м/с; а_НАЧ = 1·10 -6 м/с 2 . По ISO 1683: v_НАЧ = 1·10 -6 мм/с; а_НАЧ = 1·10 -6 м/с 2 ; 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/с 2 . 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/с 2 , чётко выделяются колебания с периодом 20 мс – частотой вращения вала двигателя. Рисунок 76б – размах колебаний около 30,0 м/с 2 , на длинной выборке регистрируются отдельные удары до 63,0 м/с 2 , 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/с 2 . 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/с 2 . Рисунок 77г – подшипник компрессора интервал 100 миллисекунд, различаются колебания первой и второй зубцовой частоты, амплитуда второй зубцовой частоты значительно ниже, чем первой.