Hodnocení stavu ložiska pomocí algoritmu Crest Factor plus

Dříve či později se ložiska opotřebí, i když provádíte správnou údržbu. Otázkou tedy není, zda se ložisko opotřebí, ale kdy k tomu dojde! Vědět v čas, kdy je potřeba ložiska stroje vyměnit, vám umožní lépe plánovat odstávky stroje, práci lidí a efektivněji objednávat ložiska.

Ložiska jsou pravděpodobně nejdůležitějšími součástmi stroje. Podstatou ložiska je zajištění plynulého otáčení součástí stroje při minimálním tření, čímž se šetří energie, prodlužuje se životnost stroje a zlepšuje se výsledná kvalita produktu na výrobních linkách.  

Testování vibrací

Testování vibrací je osvědčenou technikou pro předvídání stavu ložisek. Snímače vibrací a měřicí zařízení mají tak vysokou citlivost, že detekují i velmi malé změny stavu ložiska. Testování vibrací lze zhruba rozdělit na dvě skupiny: testování založené na frekvenční analýzetestování založené na „celkových hodnotách“.

Frekvenční analýza umožňuje zjistit nejen stav ložiska, ale také ukazuje, co přesně je s ložiskem špatně: jaký typ vady je na té které součásti ložiska přítomen.  

Celkové hodnoty zobrazené např. na měřiči vibrací Fluke 805, vám sdělují, že je něco špatně, aniž by ozřejmily podrobnosti o povaze závady nebo to, která část ložiska je jí zasažena. Tato technika má tu výhodu, že je rychlá a relativně snadná, s okamžitými výsledky a s možností automatizace hodnocení stavu ložiska.

Opotřebení ložiska

I když bude ložisko dokonale nainstalováno a pravidelně udržováno, v důsledku únavy materiálu časem stejně dojde k jeho poškození. Hlavním důvodem je měnící se zátěž při otáčení hřídele jak na valivých prvcích (kuličkách a válcích), tak na oběžných drážkách.

Valivé prvky a oběžné drážky jsou v zátěžové zóně stlačovány (obrázek 1) a po opuštění zátěžové zóny se roztáhnou do své původní podoby. Tato střídavá zátěž způsobuje mikroskopické podpovrchové trhliny, které se později rozšiřují na povrch ve formě prasklin a trhlin, a nakonec vzniká tzv. brinelling (trvalé poškození).

Dalšími příčinami závad bývá přílišné znečištění, nedostatečné mazání, přetížení příliš vysokými otáčkami a zatěžováním, a v neposlední řadě také elektrickým napětím na hřídeli.  To vzniká nahromaděním elektrického náboje na hřídeli motoru, při průchodu elektrického proudu ložiskem do země, a způsobuje důlky ve valivých prvcích a žlábkování povrchů oběžných drážek (obrázek 2).

Hodnocení stavu ložiska pomocí algoritmu Crest Factor plus 1_-2.jpg

 

Hodnocení stavu ložiska

Pokaždé, když valivý prvek prochází přes prasklinu nebo trhlinu, způsobí tím ráz ve struktuře ložiska. Ložisko tak začne rezonovat (neboli zvonit, obrázek 3 uprostřed). Rezonance v konstrukci ložiska mají frekvenci mezi 4 kHz a 20 kHz.

Hodnocení stavu ložiska pomocí algoritmu Crest Factor plus 3.jpg

Dobrým měřítkem stavu ložiska je špičková hodnota vibrací: čím vážnější jsou vady, tím vyšší je ráz, a tím vyšší je i odezva. Aby však bylo možno použít tento parametr, je třeba oddělit zvonění z ložiska od mnohem silnějších vibrací pocházejících ze stroje. Silnější vibrace bývají způsobeny nerovnováhou, nesprávným seřízením nebo rozvolněním. Vibrace ložiska jsou proto filtrovány pásmovou propustí na frekvence v rozmezí 4 kHz až 20 kHz. Vibrace stroje jsou filtrovány na frekvence v rozmezí 10 Hz až 1 kHz a měřeny, čímž se získávají výsledky, které lze porovnat s ISO 10816.

Dosud používané měřicí techniky (filtrování a detekce špiček) jsou relativně snadné. Jejich velkou výhodou je, že umožňují používat relativně cenově dostupné měřicí vybavení. Nevýhoda se však projeví tehdy, když budou měření prováděna při různých rychlostech rotace, protože vliv rázů závisí na rychlosti.

Mnohem lepším parametrem než prostá špičková hodnota je činitel amplitudy („Crest Factor“, CF), protože činitel amplitudy odstraňuje vliv rychlosti.

Činitel amplitudy je definován jako špičková hodnota vydělená kvadratickým průměrem, což znamená energetickým obsahem vibračního signálu (viz „O špičkách a SKP“). Čím vyšší je rychlost, tím vyšší jsou hodnoty  SKP a špičkové hodnoty, takže poměr zůstává stejný. Jestliže se však stav ložiska zhorší, činitel amplitudy se zvýší.

Hrbolatá čára na obrázku 4 (výše, zcela nahoře) zobrazuje ložiskový šum způsobený inherentními nedostatky na součástech ložiska. Ty pocházejí zejména od povrchových nerovností na oběžných drážkách a valivých prvcích, a od zvlnění oběžných drážek. Nedostatečné mazání tyto vlivy posiluje.  Špičková hodnota a hodnota středního kvadratického průměru velmi úzce souvisejí s činitelem amplitudy, který zpravidla mívá hodnoty od 1 do 3.

Hodnocení stavu ložiska pomocí algoritmu Crest Factor plus 4.jpg

Obrázek 4 (výše, uprostřed) zobrazuje vadu, která způsobuje špičky. Tyto špičky mají tak krátké trvání v čase, že energie jejich obsahu je blízká nule, takže hodnota středního kvadratického průměru (SKP) zůstává stejná jako dříve. Činitel amplitudy se proto zvyšuje. Na obrázku 4 (výše, zcela dole) počet a závažnost příznaků roste a proces rozkladu nabývá spádu v důsledku promačkávání povrchu („brinelling“) částicemi a nečistotami, které pak následně způsobuje závady.  Počet špiček se tak zvyšuje a začíná mít vliv na hodnotu středního kvadratického průměru. Jednoduše řešeno, činitel amplitudy se může opět začít snižovat.

Další výhodou činitele amplitudy je, že nezávisí na rychlosti rotace. Obrázek 5 (vlevo) však ukazuje nevýhody činitele amplitudy. Například činitel amplitudy 5 by mohl znamenat, že ložisko je v dobrém stavu, ale mohl by také znamenat, že je třeba jej neprodleně vyměnit. Činitel amplitudy dává smysl jako parametr stavu ložiska jen tehdy, když je sledován jeho trend, aby pracovníci údržby znali přesný stav ložiska v průběhu doby.

Hodnocení stavu ložiska pomocí algoritmu Crest Factor plus 5.jpg

Algoritmus Crest Factor plus a automatické hodnocení ložiska

Algoritmus Crest Factor plus (CF+) okamžitě ukazuje stav ložiska bez ohledu na rychlost rotace a bez nutnosti sledování trendů. Tento parametr je obdobou činitele amplitudy (CF), avšak je upravený tak, aby zohlednil zvýšený počet špiček, aby se hodnota CF+ vždy zvyšovala se zhoršujícím se stavem ložiska (obrázek 6 vlevo).

Hodnocení stavu ložiska pomocí algoritmu Crest Factor plus 6.jpg

Vzorec je CF+ = c1*SKP + c2*Špička + c3*CF, kde hodnoty  c1, c2 a c3 jsou zvoleny tak, aby snižování činitele amplitudy bylo vyvažováno zvyšující se hodnotou SKP. Přístroj Fluke 805 tento činitel využívá k automatickému hodnocení stavu ložiska (obrázek 6 vlevo).

Fluke 805 a Fluke 805 FC

Hodnocení stavu ložiska pomocí algoritmu Crest Factor plus 7.jpg

Kromě měření celkových vibrací stroje umí přístroje Fluke 805Fluke 805 FC (s Fluke Connect®) automaticky určit CF+ (viz obrázek 7), čímž využívají výhody činitele amplitudy a současně odstraňují jeho nevýhody. Stejně jako samotný činitel amplitudy lze i CF+ použít k tvorbě trendů, ale  CF+ navíc umožňuje unikátní automatizované hodnocení stavu ložiska.  Parametr nezávisí na rychlosti rotace a na rozměrech ložiska, takže tyto informace nejsou k hodnocení stavu ložiska zapotřebí. Druhý parametr, jímž jsou celkové vibrace, se používá pro srovnání se standardy ISO a ke stanovení trendů. Pamatujte, že tento parametr se vyjadřuje jako rychlost, tedy integrace signálu zrychlení.

Současně se měří třetí hodnota: teplota (obrázek 7). Kromě užitečnosti při sledování trendů nám poskytuje „druhou možnost“ při hodnocení ložiska.

Hodnocení stavu ložiska pomocí algoritmu Crest Factor plus 8.jpg

 

Zjednodušte si práci s odhalováním závad na ložiscích!

Využijte momentální zvýhodněné akce na Analyzátor vibrací Fluke 805/ Fluke 805 FC ke kterému dostanete navíc senzor Fluke 805 ES za skvělou cenu - podrobnější informace najdete zde. 

 

Kontaktuje nás

Ing. Jaroslav Smetana
Telefon: +420 241 762 724

Ing. Tomáš Kmoch
Telefon: +420 603 437 182

David Vaňáč
Telefon: +420 736 670 164 - pracoviště Hradec Králové

 
live chat service provider