Чтобы проанализировать техническое состояние машины, в первую очередь, необходимо правильно описать её поведение.

Как можно точно описать характер вибрации машин?

По каким параметрам вибрации можно описать техническое состояние машин?

В данном разделе представлены базовые методы описания вибрации машин.

После прочтения данной главы Вы узнаете:

• Как описать вибрацию машин двумя способами;

• Что такое амплитуда вибрации;

• Что такое частота вибрации;

• Что такое временной сигнал и спектр.

Описать вибрацию и определить степень её серьезности можно, понаблюдав за поведением машины, прикоснувшись или прислушавшись к ней. Вы можете заметить, что вибрации машин бывают разными по величине: значительными, «заметными» и незначительными. Мы также можем понять о неисправности вибрирующего подшипника, прикоснувшись к нему и ощутив повышенный нагрев или услышав шум.

Однако нельзя определять характер вибрации таким способом, поскольку точность оценки в данном случае в значительной степени зависит от человека, который оценивает техническое состояние машин. То, что кажется недопустимым для одного человека, может показаться приемлемым для другого. Описывать вибрацию машин словами недостаточно. Для точного анализа вибрации необходимо использовать надежные и точные методы диагностики, основанные на числовых данных, что позволяет специалистам точно определять техническое состояние машин и обмениваться этими данными.

Для описания механических колебаний машин используется, как правило, два важных параметра - амплитуда и частота вибрации. Амплитуда характеризует величину вибрации, а частота – скорость вибрации (как часто тело совершает колебания). Данные по амплитуде и частоте колебаний в совокупности позволяют выявлять основную причину вибраций.

Что такое амплитуда?

Амплитуда колебаний – это величина вибрации. Высокая амплитуда колебаний машины указывает на то, что машина совершает сильые, быстрые или мощные колебательные движения. Чем выше амплитуда колебаний, тем большее перемещение или нагрузку испытывает машина и тем выше вероятность поломки машины. Таким образом, амплитуда указывает на степень серьезности вибрации машины.

Амплитуда колебаний связана с тремя параметрами:

1. Виброскорость 2. Виброускорение 3. Виброперемещение

В большинстве случаев скорость вибрации является наиболее важным параметром, обеспечивающим самые полезные данные о техническом состоянии машины.

Что такое виброскоорость? Это скорость изменения вибрации, измеренная в определенном направлении, как показано на рисунке ниже.

Амплитуда скорости может быть выражена в пиковом или среднеквадратическом значении.

Пиковая амплитуда виброскорости – это максимальная скорость (пик) вибрации машины за определенный период времени, как показано на рисунке ниже.

В отличии от пиковой амплитуды среднеквадратическое значение амплитуды колебаний машины указывает на интенсивность колебаний машины. Чем выше интенсивность колебаний, тем выше среднеквадратическое значение амплитуды.

Термин «среднеквадратический» обозначается аббревиатурой СКЗ. Важно помнить, что среднеквадратическое значение амплитуды всегда ниже значения пиковой амплитуды. В большинстве случаев, среднеквадратическое значение амплитуды составляет 50% - 80% от пиковой амплитуды.

Возникает вопрос: в чем следует измерять амплитуду виброскорости: в единицах максимальной амплитуды или в виде среднеквадратического значения. Это вопрос личного выбора.

Однако очень важно использовать одно и то же значение амплитуды виброскорости при сравнении уровней вибрации. Максимальное или среднеквадратическое значение виброскорости может выражаться в следующих единицах виброскорости:

• Английские единицы
• Дюймы в секунду (д/сек)
• Метрические единицы
• Миллиметры в секунду (мм/с)

Некоторые технические специалисты предпочитают использовать логарифмические единицы амплитуды adB, которые в данном справочном руководстве не рассматриваются.

Что такое частота?

Вибрирующая машина совершает колебания, то есть проходит периодические циклы движения. В зависимости от величины возбуждающей силы машина может совершать быстрые или медленные колебания. Интенсивность, с которой машина совершает колебания, называют частотой вибрации или частотой колебаний. Чем выше частота вибрации, тем интенсивнее колебания. Чтобы определить частоту вибрации машины, необходимо подсчитать количество циклов колебаний, совершаемых за одну секунду. Например, если машина совершает пять циклов колебаний в секунду, то её частота вибрации составляет 5 циклов в секунду. Как показано на рисунке ниже, один цикл - это одно полное колебание, характеризующее сигнал.

Подобно тому, как частота пульса человека указывает на состояние здоровья человека, скорость или частота вибрации машины является важным показателем состояния технического состояния машины. Как правило, частота колебаний выражается в циклах в секунду (ц/сек), циклах в минуту (ц/мин) и герцах (Гц). 1 Гц равен 1 ц/сек или 60 ц/мин.

Что такое временной сигнал?

Графическое представление электрических импульсов сердца (электрокардиограмма, ЭКГ) дает важную информацию о состоянии сердца человека. Аналогично, графическое представление колебательного движения является полезным инструментом анализа вибрации. Графическое представление колебательного движения обеспечивает информацию о причине и интенсивности вибрации машин.

Для отображения вибрации часто используют временной сигнал.

Временной сигнал – это графическое представление уровня вибрации, изменяющегося во времени. Ниже показан пример временного сигнала скорости.

Временной сигнал скорости – это диаграмма, которая показывает, каким образом амплитуда виброскорости изменяется в течение определенного периода времени.

Объем информации, которую содержит временной сигнал, зависит от продолжительности и разрешения временного сигнала.

Продолжительность временного сигнала – это общее время, в течение которого собирают информацию из временного сигнала. В большинстве случае двух секунд достаточно.

Разрешение временного сигнала – это степень детализации временного сигнала, которая определяется количеством точек данных или отсчётов, описывающих сигнал. Чем больше отсчётов, тем более детальным представляется временной сигнал.

Что такое спектр?

Еще одним способом отображения вибрации является спектр. Спектр – это графическое представление частот, на которых компоненты машины совершают колебания с определенной амплитудой. Ниже показан пример спектра виброскорости.

Возникает вопрос: каким образом один компонент машины может совершать колебания одновременно на нескольких частотах?

Всё дело в том, что вибрация машин, в отличие от обычных колебаний маятника, обычно состоит не из одного простого колебательного движения, а из нескольких колебаний, совершаемых одновременно.

Например, спектр вибрации подшипника показывает, что он совершает колебания не на одной частоте, а на нескольких. Колебания на некоторых частотах могут возникать из-за перемещения элементов подшипника, на других - из-за зацепления зубьев шестерни, а на третьих - вследствие вращения обмоток двигателя.

Спектр вибрации является очень полезным инструментом анализа, поскольку показывает частоты, на которых возникают колебания. Изучая отдельные частоты, на которых компоненты машины совершают колебания и анализируя амплитуды этих частот, можно сделать заключение о причине вибрации и техническом состоянии машины.

В отличие от спектра, временной сигнал не дает четкого отображения отдельных частот, на которых возникают вибрации. Временной сигнал отображает картину в целом, поэтому определить техническое состояние машины сложно, исходя из данных только временного сигнала. За исключением некоторых случаев спектр (а не временной сигнал), как правило, является основным инструментом анализа вибрации машин.

Информация, которую содержит спектр, зависит от значения Fmax и разрешения спектра.

Fmax спектра – это частотный диапазон, в пределах которого выполняется измерение.

Уровень значения Fmax зависит от рабочей скорости машины. Чем выше рабочая скорость, тем выше должна быть величина Fmax.

Разрешение спектра – это степень детализации спектра, которая определяется количеством спектральных линий, используемым при создании спектра. Чем больше спектральных линий, чем более детальным представляется спектр.

В данной главе мы узнали о том, как описывать вибрацию различными методами для анализа технического состояния машин.

Мы узнали, что такое «частота» и «амплитуда». Амплитуда вибрации определяет интенсивность колебаний, а частота- скорость колебаний. Информация об амплитуде и частоте колебаний позволяет оценивать техническое состояние машин и определять возможную причину вибрации.

Анализ вибрации легче выполнять на основе графического представления данных о машине. Данные вибрации могут быть представлены двумя способами: в виде временного сигнала и спектра вибрации. Как правило, основным инструментом анализа вибраций является спектр, поскольку дает больше полезной информации о техническом состоянии машины.