Seria: M E C H A N IK A z. 115 N r kol. 1230
W ładysław K A LIŃ SK I, W ojciech P1LLICH
K ated ra M echaniki R obotów i Maszyn Roboczych Ciężkich P olitechnika Śląska
D R G A N IA W O C E N IE ST A N U T E C H N IC Z N E G O M A SZ Y N Y
Streszczenie. W pracy przedstaw iono wyniki b ad ań stan u technicznego m echanizm u o b ro tu o dużej bezw ładności. D o p om iarów zastosow ano dw ukanałow y an alizato r sygnału firmy H ew lett-P ackard H P 3560A. Wyniki bad ań są bazą przy podejm ow aniu decyzji napraw czych w czasie rem o n tu urządzenia.
V IB R A T IO N IN T E C H N IC A L C O N D IT IO N A P P R E C IA T IO N O F M A C H IN E
Sum m ary. In the p a p e r investigation results o f technical condition of a ro tatio n m echanism with g reat inertia has b een p re se n te d . F or m achine investigation the dynam ic signal analyzer H P 3560A has been applied.
Investigation results are basis for taking a decision o f m achine rep airin g during the overhaul.
K O 'JlEB A H H fl K.AK. OI.I,EHICA TEX M H 'lK CK O rU CGCTU1J H H R M A 111 H ll
Pe:-noMO. B p a ß o r e npoA CTnioieiio p e a y jn /ra T iii ncm>rraiiHM T e x it M u e c K o r o c o c t o h iih h MoxaimnMa npani,eiiHn c: öojiijIiioh H iiep ąe fl.
H uM opoiirm n p o n e iie iio ua AiiyxKuiinjiinioM a n a jiH n a x o p e ąmpMU H ew lett - P ack ard H P 3560A. P e n y rib T irn j hc:ii u t h i i h h M o r y r ß u i t. ocnouoR it pH pom ol i h h oażtau p o M o irra MaiiiHiiu.
1. W ST ĘP
B ad an e u rząd zen ie zaprojektow ane zostało pod koniec lat pięćdziesiątych, a od d an e Jo eksploatacji na początku lat sześćdziesiątych. Nie posiada kom p letn ej dokum entacji
techniczno-ruchow ej, np. rysunków wykonawczych większości elem entów , a także charakterystyk silnika i jego prędkości kątowych na poszczególnych stopniach załączania.
U zyskanie tych danych jest tru d n e technicznie i przy w spółczesnych m etodach p om iaru i analizy niecelow e. W czasie ruchu m aszyna obciążona jest p o n ad to silami aerodynam icznym i, zależnym i od wielkości i sposobu obciążenia i bocznym w iatrem , co znacznie kom plikuje m odel m echanodynam iczny.
M ożna zastąpić b ad an ia analityczne m odelu maszyny p o m iaram i wykonywanymi bezp o śred n io na obiekcie w czasie ruchu. Z kolei analiza otrzym anych wyników badań dostarcza użytkownikowi maszyny wskazówek rem ontow ych [1],
2. O P IS O B IE K T U BADAŃ
O b iek t w okresie użytkow ania ulega zużyciu eksploatacyjnem u, objaw iającem u się między innymi w zwiększonymi składowym i w idm a przyspieszenia drgań. N iezbędna jest ich analiza w celu określenia przyczyn drgań i sposobu ich usunięcia lub zm niejszenia.
M aszyna zbudow ana je st z wieży kratownicowej, na szczycie której żnajduje się układ napędow y, przedstaw iony na rys. 1.
P 3 11 O
P i
U
J O
R y s.l. Schem at kinematyczny układu napędowego F ig .l. Kinematical scheme o f power transmission system
W skład b a d a n e g o układu napędow ego wchodzą:
- pierścieniow y silnik p rąd u zm iennego o o brotach synchronicznych n = 1000 obr./m in i mocy P = 105 kW,
- p o d a tn e sprzęgło palcow e,
- zam k n ięta p rzek ład n ia o przełożeniu i1 = 6,
- o tw arta p rz ek ład n ia stożkow a o przełożeniu i2 = 2,476,
- o tw arta p rzek ład n ia w alcowa o przełożeniu i3 = 9,6, w praw iająca w ruch k o ro n ę u rzą
dzenia.
W tablicy 1 zestaw iono częstotliw ości w zbudzenia drgań zw iązane z p ra c ą urządzenia na dw óch sto p n iach biegu silnika.
T ablica 1 C harakterystyczne częstotliwości układu n apędow ego
Przyczyny w zb u d zen ia drgań
C h arak tery sty czn e często tliw o ści w zb u d zen ia drgań f [Hz]
O b ro ty siln ik a n [obr/m in]
950 777
O b ró t w alu p io n o w eg o kola dużego p rz e k ła d n i o tw artej
0.111 0.091
W al p io n o w y p rz e k ła d n i stożkow ej 1.07 0.87
W al w o lo n o b ieżn y p rz e k ła d n i zam k n iętej 2.64 2.16
O b ro ty siln ik a n ap ędow ego 15.85 12.95
W ym uszenia z o tw a rte j p rzek ład n i w alcow ej 16.0 13.1
W ym uszenia z p rz e k ła d n i stożkow ej 55.5 45.3
P rąd elektryczny 50.0 50.0
W ym uszenia o d sw o rzn i sprzęgła przy siln ik u 127.0 103.0
W ym uszenia o d zaz ę b ie n ia p rzek ład n i z am k n iętej
334.0 270.0
Z am ieszczone w tablicy obroty silnika odpow iadają szóstem u i trzeciem u stopniow i załączenia silnika. B adania prow adzono głównie na trzecim stopniu rozruchow ym .
3. Z A S T O S O W A N A A P A R A T U R A
Z e w zględu na tru d n e w arunki dostępu do układu n apędow ego maszyny, badania m ożna było zrealizow ać p rzeprow adzając rejestrację przebiegów czasowych przyspieszenia drgań za p o m o cą cyfrowego m agnetofonu pom iarow ego, i w ykonując n astęp n ie w lab o rato riu m analizę zarejestrow anych wyników pom iarów , lub posługując się przenośnym dw ukanałow ym an alizato rem sygnałów.
P row adzenie b ad an ia pierwszym sposobem uniem ożliw ia ocen ę wyników pom iarów i analiz na m iejscu o raz podjęcie decyzji ew entualnego rozszerzenia zakresu badań.
Z astosow anie p rzenośnego an alizatora sygnałów pełniącego zarazem funkcję re je stra to ra pozw ala n a bieżąco oceniać wyniki i skraca okres badań.
D o b ad a ń układu zastosow ano dw ukanałow y przenośny an alizato r sygnałów firmy H e w lett-P ack ard H P 3560A w raz z zestaw em ak celero m etró w typu ICP firmy Piezotronics. Czujniki te nie w ym agają stosow ania oddzielnych przedw zm acniaczy i podłącza się je b ezp o śred n io do analizatora.
A n alizato r w raz z b ateriam i m a m asę 3,2 kg i je s t przystosow any do obsługi w m iejscach tru d n o dostępnych o złym ośw ietleniu. P osiada stałą p am ięć pozw alającą zarejestro w ać kilkaset przebiegów czasowych, widm, funkcji koherencji itp. rów nocześnie dla dwóch kanałów [2],
4. W Y N IK I B A D A Ń
B ad an ia p rzep ro w ad zo n o w pom ieszczeniu układu napędow ego rejestru jąc i analizując przebiegi przyspieszenia drgań wybranych punktów m echanizm u o ra z ustroju kratow nicow ego wieży w części górnej - m aszynownia i w części dolnej - pom ieszczenie sterow ni. N a m iejscu podejm ow ano decyzję b ad a ń dodatkow ych analizując uzyskane przebiegi czasow e i ich widma.
N a rys.2-5 p o k azan o przykładow e w idm a przyspieszenia drgań w ybranych punktów pom iarow ych, n ato m iast n a rys.6 funkcje koherencji sygnałów drgań słupa i przekładni zam kniętej.
fi X 262.5 Y 0.100723 Linear Spectral
Rys.2. Drgania pionowe łożyska wejściowego walu przekładni PI Fig.2. Vertical vibration o f bearing o f input shaft o f gear PI
B X 46.25 Y 0.097225 Linear Spectral
Rys.3. Drgania pionowe łożyska stopowego wału pionowego przekładni P2 Fig.3. Vertical vibration o f footstep bearing o f vertical shaft o f gear P2
Rys.4. Drgania poziome łożyska promieniowego przekładni P2 Fig.4. Horizontal vibration o f radial bearing o f gear P2
B X 90.5 V 0.0442096 Linear Spectral 0.0449334
grms
M a g n itu d e (Log ) 6 .0313E-05
Rys.5. Drgania poziome ustroju nośnego Fig.5. Vertical vibration o f load-carrying structure
ft X 45 V 0.986175 Ord Coh: COHyx
0.993378
R eal
0
Rys.6. Funkcja koherencji drgań wieży i przekładni PI Fig.6. Coherence function o f vibration o f tower and gear PI
i . W N IOSKI
Z astosow anie p rzenośnego dw ukanałow ego analizatora drgań pozw oliło zrealizow ać w trudnych w arunkach pom iary i przeprow adzić analizę częstotliw ościow ą przebiegów przyspieszenia drgań punktów pomiarow ych wybranych podczas w stępnej analizy układu n apędow ego urządzenia. Nie przeprow adzono analizy dla rozdzielczości w idm a m niejszej od 0,5 H z z uwagi na dolną częstotliwość akcelerom etrów użytych do badań.
Wyniki b ad ań i obserw acji między innymi wykazują, że:
1. M aksym alne składow e w w idm ie przyspieszenia drgań ustroju kratow ego wieży w ystę
pują w czasie przełączania stopni rozruchowych podczas niewłaściwie prow adzonego rozruchu.
2. Podczas ruchu ustalonego głównym źródłem drgań jest przekładnia stożkow a.
3. S tw ierdzono rów nież duży wpływ niewłaściwego ustaw ienia i stanu technicznego sprzęgła p o d atn eg o między silnikiem a przekładnią zam kniętą, na składow e w widmie przyspieszenia drgań m echanizm u napędow egoj_ustroju kratow nicow ego wieży.
4. D uże składow e w w idm ie przyspieszenia drgań urządzenia zw iązane są rów nież z działaniem zam kniętej przekładni walcowej (częstotliw ość zazębienia).
N a podstaw ie wyników b ad ań i analiz zarejestrow anych przebiegów czasowych i ich widm m ożna było zap ro p o n o w ać zakres prac naprawczych. N ależy je d n a k zaznaczyć, że bad an ia u k ład u n apędow ego byłyby prostsze, a wyniki analizy uzyskanych widm przyspieszenia d rgań pełniejsze, jeśli dysponow ano by wynikami w cześniej p rzep ro w a
dzonej analizy dynam icznej urządzenia.
L IT E R A T U R A
[1] C em p el Cz.: D iagnostyka w ibroakustyczna maszyn. PW N , W arszaw a 1989.
[2] H P3560A p o rta b le dynam ie signal analyzer - op eratin g an d service guide. Softw are version. W ashington D .C.: H ew lett-P ackard C om pany, 1993.
R ecenzent: Prof. d r hab. inż. T ad e u sz L am ber W płynęło do R ed ak cji w grudniu 1993 r.
A b stra c t
T echnical p a ra m e te rs o f a m achine may be reckoned in m odelling studies also in practical m a n n e r w hile investigation on a real object. In various reaso n s a num erical ex p erim en t on a n analytical m odel o f a m achine is very difficult o r im possible. T hen it is possible to apply effective m achinery m easurem ents using a dynanam ic signal analyzer.
Such an exam ple o f m echanism is a pow er transm ission system , fig. 1, o f a great ro u n d ab o u t.
This m echanism is on the truss tow er a b o u t 30 m above the fo u n d atio n . T h erefo re the p o rta b le dynam ic signal analyzer has b een used. It can m easu re statio n ary an d rapidly changing signals in tw o input channels with easy. S tored d a ta w ith th e type o f d a ta may be selectively view ed on a display. In m easuring points, fig.l, each v ibration sp ectru m was c o m p ared w ith m echanical p a ra m e te rs o f th e m echanism .
By way o f exam ple th e vibration spectrum m agnitude, fig.2-5, and c o h eren ce function, fig.6, have b e e n p resen ted .
R esu lts o f investigations an d analyses have b een giving instructions fo r overhaul o f the pow er transm ission system o f the rotation m echanism .
