زیاد طول کشیده است؟ صفحه بارگذاری را ببندید.

روش های تشخیص بلبرینگ تقلبی

0

در این تحقیق که حاصل مطالعه بر روی یکصد دستگاه ماشین و بررسی بیش از سیصد عدد بیرینگ و تحلیل حالات خرابی مرتبط با آنها می­باشد، با رویکردی پیشگیرانه ابتدا به معرفی شاخص­هایی جهت کمک به شناسایی و تشخیص بلبرینگ تقلبی قبل از نصب پرداخته و در ادامه به مطالعه رفتار ارتعاشاتی بلبرینگ تقلبی می­پردازیم.

جهت انتقال بهتر پیام و به منظور جلوگیری از طولانی شدن مطالب، در بخش مطالعه سیگنالهای ارتعاشاتی تنها ۳ الگو (از بین ۳۲ مورد الگوی خرابی) بررسی شده است.

لازم به ذکر است که خرابی زودرس بیرینگ به عوامل متعددی همچون : نصب ، روانکاری و … نیز مرتبط است. اما شرایط فعلی بازار و دست و پنجه نرم کردن اکثر صنایع با بلبرینگ تقلبی، ما را بر آن داشت تا تمرکز اصلی مقاله را بر تشخیص بلبرینگ تقلبی معطوف نمائیم. ضمن آنکه کلیه شرایط شامل انبارش، نصب، نگهداری و روانکاری برای موارد تحت بررسی ثابت در نظر گرفته شده است.

 

چگونه احتمال بکارگیری بلبرینگ تقلبی را کاهش دهیم؟

امروزه دستورالعمل یا روش استانداردی که بر اساس آن بتوان شناسایی بیرینگ اصل را تضمین کرد وجود ندارد (مگر در موارد محدود با انجام آزمایشات گران­قیمت که مقرون به صرفه هم نمی­باشد) و آن دسته از نکاتی هم که بر اساس تجربیات مصرف­کنندگان مختلف و توصیه سازندگان معتبری همچون FAG ، SKF و … نیز بیان می­شود صرفاً توصیه­هایی هستند که با بکارگیری آنها می­توان تا حد قابل قبولی استفاده از بیرینگ نامرغوب را کاهش داد.

 

چند توصیه جهت پیشگیری از بکارگیری بلبرینگ تقلبی

۱- در گام نخست به عنوان یک قاعده کلی خرید از فروشنده معتبر مهمترین اصل در جلوگیری از بکارگیری بیرینگ نامرغوب تلقی می­شود. در این خصوص باید کلیه تامین کنندگان بیرینگ را مورد ممیزی فنی دقیق قرار داده و خرید از فروشندگانی که ارزیابی نشده­اند را فراموش کرد. همواره سعی کنید که از فروشندگان معتبر خرید نمایید. به خاطر داشته باشید که بیرینگ یک کالای فنی تخصصی به شمار می­رود و آشنایی فروشنده با اطلاعات فنی پایه­ای در این حوزه ضروری است. خرید از فروشندگان صرفا تجاری (که امروزه کم هم نیستند) با ریسک بالایی همراه است.

نحوه انبارش بیرینگ­ها

توجه و بررسی سابقه یک فروشنده نیز مسئله بسیار مهمی است که نباید به آن بی­توجه بود. در صورت امکان برای ارزیابی تامین کنندگان به صورت حضوری اقدام نموده و به نحوه انبارش بیرینگ­ها توجه کنید و رعایت نکات ذیل را در نحوه انبارش فروشنده ارزیابی نمایید :

  • بیرینگ­ها باید بصورت افقی (خوابیده) نگهداری شوند.
  • رطوبت نسبی محل نگهداری بیرینگ را کنترل کنیم تا در محدوده زیر باشد:

 ۷۵٪ در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد

۶۰٪ در دمای ۲۲ درجه سانتیگراد

۵۰٪ در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد

  • بیرینگ­ها تا پیش از فرا رسیدن زمان استفاده جهت جلوگیری از خوردگی و ورود آلودگی درون بسته­بندی اولیه (باز نشده) نگهداری شوند.
  • بیرینگ­ها هرگز نباید بر روی زمین نگهداری شوند بلکه باید آن­ها را بر روی قفسه­هایی که حدود ۲۰ سانتیمتر از سطح زمین بالاتر باشند قرار داد.
  • بیرینگ­هایی که همراه هوزینگ هستند، باید بصورت ایستاده و بر روی پایه­های هوزینگ نگهداری شوند.
  • در سیستم انبارداری از سیستم FIFO استفاده شود.
  • مکان نگهداری عاری از هرگونه لرزش و ارتعاش باشد.

اهمیت نکات فوق از آن جهت است که اولاً یک بیرینگ اصل هم در صورت انبارش و حمل نامناسب ، هرگز عملکرد یک بیرینگ مرغوب را نخواهد داشت. ثانياً رعایت موارد فوق توسط فروشنده نشان دهنده آگاهی و تعهد او نسبت به کیفیت بیرینگ است.

۲- در تشخیص بلبرینگ تقلبی باید به کیفیت بسته­بندی و ظاهر بیرینگ توجه کرد. به جرات می­توان گفت هیچکدام از تولیدکنندگان معتبر بیرینگ محصولات خود را در بسته­بندی نازل ارائه نمی­کنند. بنابراین اگر بیرینگی را دیدید که کوچکترین اثری از عیوب سطحی بر روی آن وجود دارد یا بسته­بندی کیفیت نازلی دارد بدون درنگ از خرید آن بیرینگ اجتناب نمایید.

٣- سازندگان معتبر اطلاعات مربوط به کالا را کامل درج می­کنند. مثلا SKF علامت تجاری، مشخصه کامل فنی، تاریخ ساخت (به شکل کد شده) و کشور سازنده را بر روی بیرینگ و بسته­بندی آن به صورت کاملا خوانا حک می­کند عدم وجود یا مخدوش و ناخوانا بودن هریک از اطلاعات مذکور باید باعث ایجاد تردید کاملا جدی در شما شود.

۴- توجه به تاریخ تولید بیرینگ نیز بسیار مهم است. هر تولید کننده­ای با توجه به نوع محصول ، حداکثر مدت زمان مجاز جهت انبارش را تعیین می­کند. مثلا SKF در خصوص بیرینگ­های ۲Z نگهداری بیش از ۳ سال و برای سایر بیرینگ­ها بیش از ۵ سال را مجاز نمی­داند.

۵- اندازه­گیری و کنترل دقیق اندازه­های ابعادی مرزی با رعایت تلرانس­های مربوطه و مقایسه با کاتالوگ سازنده.

تشخیص بلبرینگ تقلبیشکل ۱- اندازه­گیری و کنترل دقیق ابعاد بیرینگ

 

۶- اندازه­گیری و کنترل لقی بیرینگ­ها در شناسایی بیرینگ نامرغوب بسیار موثر است. لقی بیرینگ­های بشکه­ای را می­توان با استفاده از فیلر قبل از نصب بر روی شفت و پس از آن، اندازه­گیری و مقایسه کرد. البته این روش در بیرینگ­های ساچمه­ای شیار عمیق، بیرینگ­های تماس زاویه­ای و بیرینگ­های استوانه­ای نیز می­تواند در تشخیص وضعیت بیرینگ تعیین کننده باشد. یک راه پیشنهادی مناسب جهت اندازه­گیری لقی بیرینگ قبل از نصب ، آن است که رینگ داخلی و رینگ خارجی بیرینگ به نحوی مهار شده سپس به کمک ساعت اندیکاتور میزان جابجایی رینگ دیگر را اندازه­گیری نموده و با جداول استاندارد سازنده مقایسه کرد.

روش تشخیص بلبرینگ تقلبی در حال کار

مطالعه رفتار ارتعاشی جهت شناسایی بیرینگ نامرغوب بسیار ضروری است زیرا هرچند رعایت نکات گفته شده در جلوگیری از بکارگیری بیرینگ نامرغوب بسیار موثرند اما نباید به آن­ها اکتفا کرد. از این رو قبل از مطالعه رفتار ارتعاشاتی بیرینگ­های نامرغوب توضیح مختصری راجع به انواع سیگنال­های ارتعاشاتی ارایه می­شود.

یاتاقان غلتشی آسیب دیده دو نوع سیگنال ارتعاشاتی متفاوت پدید می­آورد

١. پالس­های ضربه­ای (Impact pulse)

پالس­های ضربه­ای از تماس قلز با فلز بین اجزای یاتاقان به وجود می­آیند. از آنجا که این نوع ضربه­ها در مرحله شروع آسیب و زمانی که لبه­های منطقه آسیب دیده تیز است، اتفاق می­افتند ، ضربه­ها شدید و زمان وقوع آن­ها بسیار کوتاه است.

شکل شماره (۲) پالس­های ضربه­ای در یاتاقانی را نشان می­دهد که در مراحل اولیه بروز خرابی بوده و فاصله ضربات برابر با سرعت چرخش قفسه (Cage) می­باشد

تشخیص بلبرینگ تقلبیشکل ۲– منحنی زمانی بیرینگ در مراحل ابتدایی خرابی

 

٢. نویز مدوله شده (Modulated noise)

نویز مدوله شده ناشی از عیب­های ملایم­تر مانند عیوب مرتبط با روانکاری و نصب است. با توجه به شدت ضربات، بالاترین مقدار فرکانس بدست آمده از نویز مدوله­ شده کم­تر از فرکانس تولید شده از عیب ضربه­ای است و دوره زمانی ضربه­ها طولانی­تر است.

نکته مهمی که باید مورد توجه قرار گیرد آن است که یک پالس ضربه­ای در صورت بی­توجهی با گذشت زمان و پیشرفت آسیب اولیه در یاتاقان ، بعلت صاف شدن نسبی لبه­ها به نویز مدوله شده (که شبیه عیوب روانکاری و نصب است) تغییر می­کند و جهت تشخیص دقیق باید بررسی بیشتری انجام گیرد. شکل شماره (۳) مربوط به سیگنال زمانی بیرینگی است که در مراحل پیشرفته خرابی می­باشد

تشخیص بلبرینگ تقلبیشكل ۳ – منحنی زمانی بیرینگ در مراحل پیشرفته خرابی

 

معرفی فرکانس­های خرابی

  • فرکانس گذر ساچمه از رینگ خارجی (BPFO) Ball Pass Frequency outer race به خاطر خرابی در رینگ خارجی بیرینگ
  • فرکانس گذر ساچمه از رینگ داخلی (BPFI) Ball Pass Frequency inner race به خاطر خرابی در رینگ داخلی بیرینگ
  • فرکانس چرخش ساچمه (BSF) Ball Spin Frequency به خاطر خرابی خود ساچمه
  • فرکانس سری پایه (FTF) Fundamental Train Frequency به خاطر خرابی قفسه

این فرکانس­ها را می­توان با استفاده از فرمول­های زیر و با داشتن مشخصات بیرینگ محاسبه کرد:

تشخیص بلبرینگ تقلبیلازم به ذکر است در این محاسبات چرخش ساچمه کامل فرض شده است. در صورتی که در واقعیت قدری لغزش نیز وجود دارد، لذا فرکانس بدست آمده از محاسبات ، اختلاف جزئی با فرکانس اندازه­گیری شده دارد.

اگر در مسیر حلقه خارجی یاتاقان غلتشی عیبی موضعی وجود داشته باشد ، عبور هر یک از ساچمه­ها از ناحیه آسیب دیده ضربه­ای را ایجاد می­کند. این ضربه­ها موجب سیگنال ارتعاشی می­شوند که از حلقه خارجی به سمت محفظه یاتاقان منتشر و با سنسور ارتعاش جمع­آوری می­شوند. نرخ تکرار این ضربه­های آنی به عنوان فرکانس آسیب شناخته می­شود. دامنه ضربه­ها معیاری از شدت آن­هاست، و به سرعت شافت ، محل عیب و نوع بار وارده بر بیرینگ بستگی دارد.

از آنجا که این فرکانس­ها ، مضارب صحیحی از فرکانس دور ماشین نیستند، شناسایی آنها راحت­تر از شناسایی سایر عيوب می­شود. زیرا اکثر فرکانس­های عیوب ماشین مانند : نامیزانی ، عدم هم راستایی ، لقی ، خمیدگی شافت ، عيوب الکتریکی ، شکسته شدن یا ترک در روتور و … مضرب صحیحی از فرکانس دور ماشین می­باشند.

روش نصب سنسور روی ماشین موفقیت تکنیک­های فرکانس بالا را تعیین خواهد کرد. تا حد امکان باید سنسور نزدیک به منطقه بار و روی سطح تمیز همواری نصب شده باشد. [۸] زیرا در مراحل ابتدایی بروز خرابی ، ضربات دارای فرکانس بسیار بالا و دامنه پائین می­باشند به همین دلیل انتخاب فیلتر فرکانسی مناسب (جهت حذف ارتعاشات با دامنه بالا و فرکانس پائین) و همچنین استفاده از سنسور مناسب (مگنت دار مسطح) از اهمیت بالایی برخوردار می­باشد.

 

معرفی روشهای تشخیص بلبرینگ تقلبی در حین کار

سه روشی که امروزه بیشترین کاربرد را جهت ارزیابی وضعیت یاتاقان دارند عبارتند از :

۱- آنالیز فرکانسی (FFT)

۲- آنالیز وضعیت یاتاقان (BCU)

۳- آنالیز پوش سیگنال (Envelope)

آنالیز فرکانسی (FFT) و تشخیص بلبرینگ تقلبی

این روش در شناسایی عیوب ماشین آلات دوار از قبیل نامیزانی، عدم همراستایی، لقی و … کاربرد فراوانی دارد. از آنجا که این تکنیک مبتنی بر اندازه­گیری RMS مقادیر ارتعاشات می­باشد، ارتعاش در محدوه فرکانسی پهن می­شود و بدلیل اینکه فرکانس­های آسیب یاتاقان در ابتدای خرابی دامنه بسیار کوچکی داشته و فرکانس­های ارتعاشی بزرگ­تر مانند نامیزانی و لقی ، ارتعاشات غالب در ماشین می­باشند، این روش فقط زمانی که آسیب خیلی شدید و گسترده باشد، کاربرد دارد و در مراحل اولیه بروز خرابی کارائی چندانی ندارد. شکل­های شماره ۴ و ۵ طیف فرکانسی بیرینگ ۲۲۲۱۹ EK C3 را به ترتیب در مراحل اولیه و پیشرفته خرابی نشان می­دهند.

تشخیص بلبرینگ تقلبیشکل ۴- منحنی فرکانسی بیرینگ در مراحل اولیه خرابی

تشخیص بلبرینگ تقلبیشكل ۵ – منحنی فرکانسی بیرینگ در مراحل پیشرفته خرایی

از امتیازات این روش سریع و ساده بودن آن است اما کشف خرابی کمتر و کشف خرایی در آخرین مراحل از نقاط ضعف این روش می­باشد.

مورد کاوی اول : تشخیص بلبرینگ تقلبی در فن خنک کن زیگمنت خروجی کوره با استفاده از آنالیز فرکانسی

 

جدول ۶- مشخصات فنی ۳۵۱۱FN1

تشخیص بلبرینگ تقلبیدر تعمیرات اساسی بیرینگ­های این فن تعویض شد. از همان نخستین لحظات راه­اندازی فن شاهد افزایش ارتعاشات هر دو بیرینگ بودیم ، بررسی طیف فرکانسی بیرینگ­ها مطابق شکل شماره (۷) نشان دهنده وجود لقي در بيرينگ­ها بود.

وجود لقی ناشی از دو عامل می­توانست باشد :

۱) ایراد در تنظیمات و نصب

۲) کیفیت نامناسب بیرینگ

پس از بررسی نصب و تنظیمات مربوطه و مشاهده لقي غير معمول در بیرینگ ، احتمال نامرغوب بودن بیرینگ افزایش پیدا کرد. از این رو تعویض بیرینگ در دستور کار قرار گرفت. این بار بیرینگ­ها پیش از نصب به لحاظ ظاهری و ابعادی بطور دقیق کنترل شدند. پس از نصب بیرینگ­های جدید شاهد کاهش چشمگیر ارتعاشات مطابق شکل شماره (۸) بودیم.

تشخیص بلبرینگ تقلبیشكل ۷- منحنی فرکانسی پس از نصب بلبرینگ تقلبی

تشخیص بلبرینگ تقلبیشکل ۸- منحنی فرکانسی پس از نصب بیرینگ اصلی

پارامتر بیرینگ­های غلطکی و ارتعاشات فرکانس بالا (BCU)

بیرینگ­های غلطکی قطعات دقیق و حساسی هستند که تا زمانی که عیب در آنها پیشرفت نکرده باشد علامتی از وضعیت خود در دامنه کلی ارتعاشات و طیف فرکانسی نشان نمی­دهند. بیرینگ­های غلطکی ، به دلیل برخورد ساچمه­ها با سطوح داخلی و خارجی ارتعاشات فرکانس متوسط تا بالا تولید می­کنند، در نتیجه تنها راه پایش وضعیت اینگونه بیرینگ­ها قرائت ارتعاشات با واحد شتاب است لیکن ابتدا باید ارتعاشات مربوط به عيوب عادی ماشین (ارتعاشات تا فرکانس­های متوسط) از سیگنال حذف شوند. این ارتعاش را معمولا پارامتر BC می­گویند و مقدار آن به صورت ضریبی از شتاب ثقل نشان داده می­شود برای مثال وقتی می­گوئیم ۲g ارتعاش داریم یعنی مقدار ارتعاش دو برابر شتاب ثقل زمین است.

اصول اندازه­گیری BCU استفاده از فرکانس تشدید سنسور شتاب جهت تقویت ضربات آنی کوچک حاصل از آسیب یاتاقان است. سازندگان تجیزات ارتعاشی ، پارامترهای خاصی را جهت تعیین وضعیت بیرینگ تعریف کرده­اند. به عنوان مثال شرکت IRD آمریکا از پارامتر Energy Spike ، شرکت K&B دانمارک از Cerest Factor ، شرکت VMI سوئد و برخی دیگر از شرکت­ها از BCU استفاده می­کنند.

مورد کاوی دوم : تشخیص بلبرینگ تقلبی درفن بگ فیلتر شنک آسیای سیمان با استفاده از روش BCU

جدول ۹- مشخصات فنی ۵۱۲۷FN1

تشخیص بلبرینگ تقلبیاولین اندازه­گیری ارتعاشات پس از نصب بیرینگ­های جدید در این ماشین نشان دهنده افزایش قابل ملاحظه مقادیر BC مطابق شکل شماره (۱۰) می­باشد. به همین دلیل تعویض مجدد بيرينگ­ها در دستور کار قرار گرفته و منحنی فرکانسی شتاب پس از نصب بیرینگ مرغوب و نامرغوب در شکل­های شماره (۱۱ و ۱۲) نشان داده شده است.

تشخیص بلبرینگ تقلبی

شکل ۱۰- نمودار وضعیت یاتاقان (BCU)

تشخیص بلبرینگ تقلبی

شکل ۱۱- منحنی فرکانسی شتاب بیرینگ نامرغوب

 

شکل 12- منحنی فرکانسی شتاب بیرینگ مرغوبشکل ۱۲- منحنی فرکانسی شتاب بیرینگ مرغوب

آنالیز پوش سیگنال (Envelope) و تشخیص بلبرینگ تقلبی

این روش می­تواند ضربات متناوب ، و نویز تصادفی تولید شده در بیرینگ ساچمه­ای رو به خرابی را استخراج کند. در طیف پوش ، ضربات منظم حاصل از بیرینگ به شکل پیک­هایی (احتمالاً با تعدادی هارمونیک) در فرکانس بیرینگ ظاهر می­شوند که مطابق با موقعیت عیب است. برای عیب­یابی با روش پوش (Envelope) ، سیگنال ابتدا فیلتر شده تا فرکانس­های بالا باقی مانده و نویزهایی که در اثر عوامل ارتعاشی دیگر بوجود آمده­اند ، حذف شوند. (شکل شماره ۱۲)

تشخیص بلبرینگ تقلبیشکل ۱۲ – نحوه محاسبه منحنی ہوس (Envelope)

اگر هیچ خرابی وجود نداشته باشد، منحنی پوش دارای نویز خواهد بود (شکل شماره ۱۳)، و اگر خرابی وجود داشته باشد (پیک و هارمونیک­های) فرکانس خرابی اجزای بیرینگ را در خود خواهد داشت و همچنانکه خرابی توسعه می­یابد، دامنه این پیک­ها افزایش یافته و در مراحل آخر خرابی، سطح نویز (noise floor) بالا آمده و پیک­ها را در بر می­گیرد.

تشخیص بلبرینگ تقلبیشكل ۱۳ – طيف پوش سیگنال بیرینگ سالم

مشکلات روانکاری روی مقدار کلی پوش سیگنال (overal) تاثیر گذاشته و سطح نویز منحنی را بالا می­برد. لازم به ذکر است بعد از روانکاری یاتاقان اندازه­گیری و آنالیز ارتعاشات نیازمند پایدار شدن شرایط می­باشد.

مورد کاوی سوم : تشخیص بلبرینگ تقلبی درفن بگ فیلتر سنگ شکن با استفاده از روش پوش سیگنال

جدول شماره ۱۴- مشخصات فنی ۱۱۷FN1

تشخیص بلبرینگ تقلبینخستین اندازه­گیری­ها پس از نصب بیرینگ­های جدید نشان دهنده افزایش میزان ارتعاشات بود .همچنین مقدار کلی پوش سیگنال نیز (noise floor) نه تنها کاهش نداشته بلکه افزایش یافته بود. با بررسی منحنی پوش سیگنال بعد از تعویض، متوجه افزایش سطح نویز شده و به علت تازه بودن روانکار احتمال آن میرفت که این افزایش ناشی از روانکاری باشد. با گذشت زمان و اندازه­گیری مجدد کاهش محسوسی در مقادیر ارتعاشات مشاهده نشد. با توجه به منحنی پوش سیگنال همانطور که مشخص شده است ، فرکانس ۱۱۱Hz که سه برابر فرکانس دور شافت فن می­باشد، پیک غالب است. لذا پس از بررسی مجدد نتایج آنالیز ارتعاشات و بازرسی دقیقتر ماشین ، تعویض بیرینگها در دستور کار قرار گرفت. شکل شماره (۱۵) منحنی پوش بیرینگ تعویض شده نامرغوب و شکل شماره (۱۶) مربوط به منحنی پوش بیرینگ تعویض شده مرغوب می­باشد.

تشخیص بلبرینگ تقلبیشکل ۱۵- منحنی پوش پیرینگ تعویض شده نامرغوب

تشخیص بلبرینگ تقلبیشکل ۱۶– منحنی پوش پیرینگ تعویض شده مرغوب

 

نتیجه­ گیری تشخیص بلبرینگ تقلبی

۱- قبل از هر چیز برای جلوگیری از قرار گرفتن در دام بلبرینگ تقلبی از فروشنده معتبر خرید نموده و ارزیابی دقیق فروشنده در کنار توجه به سوابق آنها را به هیچ وجه فراموش نکنید.

۲- درست است که هیچ روش کنترل ابعادی و بازرسی ظاهری صد در صدی برای شناسایی بیرینگ اصل وجود ندارد ولی مطمئن باشید رعایت دقیق نکات گفته شده (در بازرسی ظاهری و کنترل ابعادی بیرینگ) کمک قابل توجهی به شما در جلوگیری از دوباره کاریهای بعدی (ناشی از بکارگیری بلبرینگ تقلبی) خواهد کرد.

٣- همواره پس از هر تعویض بیرینگ، بصورت منظم و در فواصل کوتاه (روزانه به مدت حداقل دو هفته) ارتعاشات بیرینگ را ثبت و مطالعه نمایید. مطمئن باشید یک بیرینگ نامرغوب زودتر از آنچه که انتظارش را داشته باشید خودش را نشان می­دهد. فقط کافیست شما دقیق باشید.

۴- جهت تشخیص بلبرینگ تقلبی در حال کار، توصیه می­شود حداقل دو روش از روشهای ذکر شده مورد استفاده قرار گیرد.

منبع: حسین غلامزاده ثانی، علیرضا رضائی، حجت ا… اسدیان ” راهکارهای شناسایی بیرینگ نامرغوب” ششمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب‌`یابی ماشین‌آلات ایران، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، اسفند ۱۳۹۰

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.