Файл: Попков, В. И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов.pdf

странственных, модуляционных и других параметров вибрации во многих случаях позволяет быстро и надежно определять'источ­ ники колебаний.

Диагностический анализ начинают обычно с сопоставления частот дискретных составляющих экспериментально полученного спектра вибрации с расчетными частотами возмущений, действующих в ра­ бочих узлах механизма. Зависимость частоты основных возмущаю­ щих сил судовых механизмов от скоростного режима их работы, как правило, известна. В приложении II представлены сводные формулы, составленные О. В. Петровой и Е. 3. Григорьевым, для расчета частот дискретных составляющих вибрации и возмущаю­ щих сил некоторых судовых механизмов. Измерение спектров вибра­ ции производят на нескольких режимах (частоте вращения) работы механизма. Это позволяет более надежно сопоставить частоты сил со спектром вибрации и выявить случаи повышенной вибрации, обусловленной резонансными колебаниями.

Если на исследуемой частоте (или полосе частот) в механизме или агрегате имеется интенсивный локальный источник вибрации (отдельный узел или механизм), то значительную помощь в выявле­ нии такого источника оказывает пространственное распределение амплитуд вибрации по конструкциям корпуса механизма или агре­ гата. Уровни вибрации в районе расположения источника обычно возрастают. Это проиллюстрировано на рис. 26, где приведена частот­ ная характеристика ослабления вибрации при ее распространении на протяжении длины корпуса редуктора от места действия силы (от подшипника 1 до подшипника 2). На некоторых частотах вибрация уменьшается мало ввиду местных резонансных яв­ лений.

При действии развитой системы сил (несколько источников на одной частоте) в конструкциях корпуса судовых механизмов или агрегатов возбуждается примерно равномерное поле вибрации.

84

Пространственное распределение вибрации следует анализиро­ вать с учетом особенностей устройства механизма, конструкции его деталей, их резонансных свойств, а также зависимости уровня вибрации от режима работы механизма. Кроме этого, очень важно учитывать фазовые и корреляционные характеристики вибрации. Информация о фазовых и корреляционных соотношениях позволяет более четко представить картину силового возбуждения и проявле­ ние инерционно-жесткостных свойств колебательной системы. Она облегчает построение математической динамической модели меха­ низма.

На рис. 27 приведены экспериментальные зависимости от ча­ стоты модуля коэффициента корреляции между вибрациями раз­

удалении измерительных точек на корпусе механизма друг от друга модуль коэффициента корреляции на дискретных составляющих уменьшается Незначительно. Модуль же коэффициента корреляции в области сплошного спектра падает резко. Внесение потерь в кон­ струкции корпуса может привести к значительному уменьшению коэффициента корреляции и на дискретных частотах [37].

На рис. 28 приведен график модуля коэффициента пространствен­ ной корреляции вибрации корпуса дизеля для некоторых частот. Через АШ обозначена относительная длина корпуса. Видно, что на частоте 160 Гц вибрации точек, расстояние между которыми более 0,6 /, практически не коррелированы. Вибрации судовых механизмов, замеренные анализатором с третьоктавной полосой прозрачности, на частотах выше 300—500 Гц обычно не коррелиро­ ваны на расстоянии более половины длины корпуса, если в полосу анализатора не попадают ярко выраженные дискретные составляющие.

Учитывая упомянутые данные корреляционных исследований, при определении причин вибрации судовых механизмов на ярко выраженных составляющих спектра силы следует считать кор­ релированными. В области сплошного спектра вибрационные силы в полосе частот допустимо принимать статистически несвязанными, если они действуют на расстоянии более половины длины корпуса.

На низких частотах—до наступления резонансов элемен­ тов корпусов — наблюдается определенная фазовая связь между

87

вибрациями различных его точек. Обусловлена она конструк­ цией механизма на упругом основании и действующей системой сил.

На частотах до 40—60 Гц судовые механизмы можно считать колеблющимися как твердое тело. Затем корпус начинает совершать упругие деформации. У агрегатированных установок упругие дефор­ мации несущих рам на упругом основании наступают раньше —

примерно с 20—30 Гц.

На средних и высоких частотах плавное изменение фазы сохра­ няется только в пределах одного элемента корпуса. На рис. 29, а приведена частотная характеристика угла сдвига фаз между коле­ баниями крайних точек подшипникового щита преобразователя. Видно, что подшипниковый щит колеблется как твердое тело до 600 Гц. Угол сдвига фаз между колебаниями точек различных эле­ ментов корпусов судовых механизмов сильно флюктуирует и носит случайный характер. С увеличением частоты значительно меняется и система действующих на корпус механизма сил. Это вызывает дополнительные нарушения равномерности распределения фаз коле­ баний. На рис. 29, б представлены частотные характеристики угла сдвига фаз между колебаниями на дискретных составляющих участ­ ков рамы преобразователя.

Для выявления причин вибрации некоторых механизмов и агре­ гатов удается использовать метод последовательного исключения. Согласно этому методу производят измерения и анализ вибрации при поочередном выключении источников. Следует иметь в виду, что метод исключения дает надежную информацию, если в резуль­ тате выключения не нарушаются нормальные условия работы в оста­ вшихся источниках и системе в целом.

При нормальной работе механизмов наблюдается определенная связь механических (энергетических) и виброакустических пара­ метров. Это используют для установления качественного состояния механизма, а также выявления источника, являющегося основным из нескольких с одинаковыми спектрами вибрации. Например, критерием качества редуктора может служить зависимость уровней его вибрации от окружной скорости, нагрузки и точности изготовле­ ния элементов. В правильно сконструированном и изготовленном редукторе степень зависимости вибрации от частоты вращения не выше второго порядка. Нагрузка сказывается только на первой стадии перехода от холостого хода. Последующее увеличение вибра­ ции при нагрузке должно быть выражено слабо. Влияние точности изготовления характеризуется дробной степенью.

В компрессорах и вентиляторах характер шума—аэродинами­ ческий или механический (от подшипников)—можно установить исходя из следующих соображений:

—вихревой шум пропорционален 3,5—5 степени относитель­ ной скорости потока среды на лопатке;

—сплошной шум подшипников качения значительно меньше

зависит от частоты вращения ротора и нагрузки.

Поэтому, если в данном механизме при изменении режима произойдет нарастание интенсивности шума пропорционально,

88

а)

а , рад

Рис. 29. Частотная характеристика угла сдвига фаз на подшипнико­ вом щите преобразователя между, колебаниями крайних точек под­ шипникового щита (а) и точек рамы преобразователя (б).

89

например, четвертой степени частоты вращения ротора, что можно сделать вывод об его аэродинамическом происхождении.

Различные типы судовых механизмов имеют свои особенности динамического состояния и закономерности связи рабочих процессов с вибрационными.

Учитывая случайный характер виброакустических процессов судовых механизмов, в ряде случаев исследуют статистические характеристики вибрации, законы распределения вероятностей амплитуд и фаз, а также их взаимозависимость. В совокупности статистические вибрационные характеристики являются информа­ ционными диагностическими признаками и способствуют уточне­ нию математических моделей механизмов, существа процессов рас­ пространения вибрации по их корпусам. Работа в этом направлении проводилась С. Г. Гершман, Б. Д. Тартаковским, Г. С. Любашевским, М. Д. Генкиным, Ф. Я. Балицким, И. И. Клюкиным, А. Е. Колес­ никовым, А. К. Новиковым, 10. И. Бобровницким, А. Г. Соколовой, А. М. Ополченцевым, А. С, Никифоровым, В. И. Поварковым и дру­ гими авторами. В частности, в работе [16] показано, что с увеличе­ нием нагружающего момента зубчатой передачи происходит изме­ нение формы кривой закона распределения уровней спектральных составляющих вибрационного процесса. Наступает рост диспер­ сии, которая возрастает также и при увеличении зазора в зацепле­ нии. Исследователи установили факт отклонения одномерного закона распределения от нормального с ростом нагрузки. Таким образом, по информации о дисперсии можно судить о динамическом состоянии редуктора.

На ранней стадии развития дефектов в механизмах обычно наблю­ даются слабые изменения спектров вибрации. Ввиду случайного характера вибрационных процессов возникает вопрос — являются ли эти изменения случайными или обусловлены появлением дефектов? В работе [59] показано, что критерий расхождения средних, по­ строенный по методу Стьюдента, позволяет довольно успешно решать подобные вопросы. Обработка с обращением к этому критерию спектральных характеристик вибрации двигателей при внесении неисправностей, имитирующих частичный обрыв рабочей лопатки, дала возможность установить расхождение спектрограмм вибра­ ции за счет появления дефекта, незаметное при обычном ана­ лизе.

Статистические характеристики вибрации с успехом применяют также при оценке совершенства конструкции серийных механизмов и степени отлаженное™ технологии производства. Например, в слу­ чае совершенной технологии разброс параметров вибрации относи­ тельно среднего значения уменьшается. Сравнивая гистограммы распределения вибраций механизмов различных партий, можно судить о тщательности соблюдения технологии изготовления, уста­ новить технологические операции, оказывающие большее влияние на виброактивность механизма. По величинам среднего и дисперсии удается установить систематичность или случайность погрешностей производства.

90