Document 655331

УДК 621.891:621.822.6
Д. Ю. БЕЛОНОГИЙ, С. И. КОРОТКЕВИЧ, В. В. КРАВЧЕНКО, О. В. ХОЛОДИЛОВ
D. Yu. BELONOGIY, S. V. KOROTKEVICH,
V. V. KRAVCHENKO, O. V. KHOLODILOV
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ
ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
MEASURING COMPLEX INPUT CONTROL OF ROLLING BEARINGS
Разработаны комплекс входного контроля подшипников качения, позволяющий осуществлять
оценку состояния новых подшипников и бывших в употреблении по комплексу физических параметров, а
также методы объективного оперативного анализа триботехнической эффективности смазочных материалов.
Ключевые слова: подшипник качения, пластичная смазка, коэффициент трения, температура,
контактное сопротивление, сигнал акустической эмиссии (АЭ), вибрация
The developed complex of the input control of rolling bearings, allowing the assessment of the state of
new bearings and used for range of physical parameters, and methods of operational analysis tribological efficiency of lubricants.
Key words: friction bearing, grease, coefficient of friction, temperature, contact resistance, signal acoustic emission (AE), vibration
Введение. Подшипник качения (ПК) является самым распространенным и наиболее уязвимым элементом любого роторного механизма. Подшипники осуществляют пространственную фиксацию вращающихся роторов и воспринимают основную часть статических и динамических усилий, возникающих в механизме. Поэтому техническое состояние подшипников является важнейшей составляющей, определяющей работоспособность механизма в целом.
Цель работы – разработка измерительного комплекса для входного контроля ПК
и методики оценки его состояния по комплексу физических параметров: триботехнические, электрические и акустические.
Результаты исследований и их обсуждение. Комплекс входного контроля предназначен для контроля ПК и оценки их технического состояния по следующим параметрам: момент (коэффициент) трения, температура, контактное сопротивление, сигнал акустической эмиссии (АЭ), вибрации, а также для хранения базы данных по ПК, подбора
аналогичных по геометрическим размерам подшипников с целью замены.
Применение комплекса для входного контроля новых подшипников позволяет значительно снизить количество бракованных подшипников, закупаемых предприятием. В
случае контроля бывших в употреблении подшипников позволяет объективно оценить
их техническое состояние при проведении планово-предупредительного ремонта и при
положительном диагнозе использовать их повторно для эксплуатации в режимах со скоростью вращения не выше допустимой.
Принцип работы комплекса основан на измерении и анализе триботехнических,
электрических, акустико-эмиссионных и вибрационных сигналов, получаемых от соответствующих преобразователей при радиально-осевом нагружении контролируемого
подшипника с последующей обработкой данных компьютером.
Комплекс позволяет проводить диагностику шариковых и роликовых подшипников различных типов.
Комплекс состоит из приводной установки и измерительно-управляющего модуля. Приводная установка позволяет обеспечить зажим, центрирование, вращение, создание радиально-осевой нагрузки на контролируемый подшипник (рисунки 1, 2).
1
4
2
3
6
5
1 – привод вращения; 2 – устройство для регистрации АЭ;
3 – измерительно-управляющий модуль; 4 – измеритель вибраций; 5 – АЦП; 6 – ПК
Рисунок 1 – Внешний вид комплекса входного контроля подшипников качения
а
б
в
а – крепление датчиков момента трения и АЭ;
б – расположение датчика температуры; в – расположение электродов
контроля контактного сопротивления; г – система нагружения
г
Рисунок 2 – Основные узлы привода вращения
Измерительно-управляющий модуль управляет приводом вращения, проводит измерение момента трения, температуры, контактного сопротивления, акустического и
вибрационного сигналов, давая качественную и количественную оценку технического
состояния подшипников в соответствии с требованиями нормативных документов потребителя или изготовителя.
На рисунке 3 приведена функциональная схема стенда, где 1 – узел трения; 2 –
измеритель вибраций; 3 – устройство для измерения момента трения; 4 – устройство
нагружения; 5 – тахометр; 6 – устройство для регистрации АЭ; 7 – устройство для регистрации температуры; 8 – устройство для контактного сопротивления; 9 – АЦП; 10 –
компьютер; 11 – блок питания; 12 – двигатель.
Цикл работы стенда состоит из следующих основных последовательных стадий.
Оператор устанавливает переходные втулки соответствующего типоразмера на
коническую оправку. На втулку устанавливается диагностируемый подшипник, после
чего на экране контрольно-измерительного модуля выбираются параметры диагностируемого подшипника.
Рисунок 3 – Функциональная схема стенда входного контроля подшипников качения
В память измерительного модуля предварительно заложены данные по радиально-осевой испытательной нагрузке, частоте вращения, необходимых для аттестации
данного подшипника. Исходя из этих параметров, оператор настраивает стенд входного
контроля подшипников и производит аттестацию подшипника.
Момент трения измеряется индуктивным датчиком, либо плоской пружиной с помощью расположенных на ней тензодатчиков. С помощью закреплённого на нижней конической втулке ПЭП, контролируют акустическую эмиссию, а с помощью датчика
ускорений виброакустические параметры. Величина контактного сопротивления определяется по падению напряжения между коническими втулками с использованием 4проводной схемы.
Сигналы с датчиков нормируются и после аналогово-цифрового преобразования
которой поступают в ЭВМ. На основании сравнения с нормативными данными делается
вывод о степени пригодности подшипника для использования его в тех или иных целях.
Программное обеспечение измерительной части. Программное обеспечение,
установленное на персональном компьютере, ноутбуке или отдельном электронном
блоке позволяет проводить статистический анализ результатов измерений параметров
контролируемых подшипников и формировать протоколы измерения в соответствии с
требованиями производителей подшипников.
В программном обеспечении стенда реализованы четыре метода диагностики
подшипников: анализа триботехнических параметров (момент трения, температура), ре-
зистивный, акустико-эмиссионный, ударных импульсов. Контроль момента (коэффициента) трения и температуры являются рекомендательными методами, и позволяют получить более полную информацию по состоянию подшипников.
Применение данных методов позволяет контролировать состояние всех элементов подшипника (внутренней и внешней обойм, тел качения, сепаратора), а именно: износ рабочих поверхностей, наличие сколов, раковин и трещин на обоймах, раковин, сколов и трещин на телах качения и состояние смазочного материала.
Методика контроля состояния ПК. Были исследованы подшипники различных
производителей: I – 6202-2RS d16 C3 (Perfect fit industries, Inc. Florida, США), II – ZVL
6302/16 (Словакия), заполненные пластичными смазками LGHB-2 и Литол-24.
За нормальный режим работы подшипника были приняты параметры, соответствующие области А (рисунок 4). Определение режимов работы подшипников качения,
соответствующих областям В, С, D, осуществляется путём сравнения регистрируемых
параметров с параметрами, характерными для области А.
1– контактное сопротивление; 2– сигнал АЭ; 3–момент трения.
Рисунок 4 – Кинетика исследуемых параметров подшипника качения I
без смазки (область А) и со смазкой LGHB-2
Область В характерна для нормального режима смазывания подшипника. Подшипник заполнен пластичной смазкой LGHB-2. Уровень контактного сопротивления монотонно увеличивается с течением времени до верхнего, максимального значения, что
обусловлено формированием прочносвязанного с поверхностью хемосорбированного
смазочного слоя с высокими антифрикционными свойствами.
Толщина слоя составляет ≈ 1,5–2,0 нм. Уровень сигнала АЭ снижается в 2,0–2,5
раза, а его флуктуации – на порядок, момент трения снижается на ≈ 10 %.
Область С характерна для сильно изношенного «шумящего» подшипника. Уровень контактного сопротивления монотонно снижается с течением времени почти до
уровня характерного для сопротивления стягивания, что обусловлено разрушением оксидных плёнок и накоплением микродефектов в поверхностном слое колец и тел качения.
С течением времени формируется развитая диспергированная структура, приводящая к формированию макрополос скольжения и пор. Имеет место селективный механизм изнашивания, сопровождающийся увеличением на два – три порядка характеристик изнашивания, что приводит к обнажению ювенильных поверхностей, сопровождающееся увеличением момента трения и заклиниванию подшипника. Сигнал АЭ увеличивается в 5–6 раз (рисунок 5). Флуктуации сигнала АЭ увеличиваются на почти порядок.
D
1– контактное сопротивление; 2– сигнал АЭ; 3–момент трения; область А – подшипник качения
I без смазки; область В – подшипник I со смазкой LGHB-2; область С – подшипник с дефектами
тел качения и колец; область D– подшипник II со смазкой Литол-24 при нагрузке 120 Н
Рисунок 5 – Кинетика исследуемых параметров для различных подшипников
Область D характерна для хорошего режима смазывания подшипника. Подшипник заполнен пластичным смазкой Литол-24. Уровень контактного сопротивления ниже
по сравнению с уровнем контактного сопротивления характерным для смазки LGHB-2.
Нижняя граница флуктуаций контактного сопротивления значительно ниже по сравнению с нижней границей флуктуаций контактного сопротивления характерного для
смазки LGHB-2 (рисунок 5).
Более грубая обработка колец подшипника II по сравнению с кольцами подшипника I приводит к тому, что на пятнах фактического контакта имеет место резкое снижение уровня контактного сопротивления.
Прочностные свойства граничного смазочного слоя, формируемого пластичной
смазкой Литол-24, ниже по сравнению со смазкой LGHB-2, тем не менее Литол-24 выполняет свои защитные функции, что выражается в достаточно высоком уровне контактного сопротивления и снижением момента трения с течением времени. Уровень сигнала
АЭ и его флуктуации выше по сравнению с уровнем АЭ, характерным для смазки LGHB2, но ниже по сравнению с уровнем АЭ, характерным для подшипника I без смазки.
Таким образом, по увеличению чувствительности регистрируемые параметры
можно выстроить в ряд: момент трения (грубые дефекты сборки подшипников); сигнал
АЭ и его флуктуации (можно судить об отсутствии смазочного материала и осуществлять входной контроль подшипников); уровень контактного сопротивления и его флуктуации (можно судить о состоянии и кинетики граничного смазочного слоя, оценивать
его толщину, а также делать заключение о качестве обработки поверхности колец подшипника, уровне её шероховатости и качестве сборки и тем самым осуществлять входной контроль подшипников).
Заключение Своевременная отбраковка подшипников на разработанном комплексе позволяет не допускать установки на оборудование некачественных или изношенных подшипников, и, следовательно, значительно снижать количество отказов оборудования и связанные с этим затраты.
Холодилов Олег Викторович
Белорусский государственный университет транспорта»
профессор, зав. кафедрой «Неразрушающий контроль и техническая диагностика»
246653, г. Гомель, ул. Кирова, 34.
Телефон/факс: 8(0232) 95-39-14/8 (0232) 77-44-83
E-mail: olhol@belsut.gomel.by
Белоногий Дмитрий Юрьевич
Белорусский государственный университет транспорта»
магистрант кафедры «Неразрушающий контроль и техническая диагностика»
E-mail: wardencklyff@mail.ru
Короткевич Сергей Васильевич
Белорусский государственный университет транспорта»
ст. науч. сотр. кафедры «Неразрушающий контроль и техническая диагностика», к.т.н.
E-mail: korotsv@tut.by
Кравченко Владимир Владимирович
Белорусский государственный университет транспорта»
мл. науч. сотр. кафедры «Неразрушающий контроль и техническая диагностика»
E-mail: vvgomel@gmail.com