8. ЛОКАЛИЗАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ПОВЫШЕННОЙ ВИБРОАКТИВНОСТИ МЕХАНИЗМОВ И КОНСТРУКЦИЙ

Изменение параметров технического состояния машин в ряде случаев сопровождается увеличением уровия колебательной энергии (Ниже, когда нет необходимости различать механизм, машину и агрегат, для простоты их будем называть машиной). Для машин, уровень шума которых имеет существенное значение, превышение определенного уровня вибрации или излучаемой акустической энергии можно считать отказом по виброакустическим показателям В этом случае первой задачей виброакустической диагностики машин является локализация источников повышенной виброактивности. Она позволяет определить относительную роль каждого источника в создании общей вибрации. На ее основе строят математическую модель механизма и устанавливают особенности кинематики рабочего узла или протекающего в нем процесса, приводящие к возникновению повышенной вибрации Источник вибрации может быть протяженным (например, многоопорныи ротор) Тогда возникает необходимость дополнительного исследования пространственного распределения динамических сил и кинематических возбуждений, возникающих в данном узле. Наиболее распространенными способами выявления и локализации источников является сравнение вибрационных «образов» (во временной и частотной областях) машины в целом и отдельных ее узлов Когда виброакустические образы нескольких источников подобны, полезно анализировать потоки колебательной энергии через различные сечения механизмов, динамические силы, действующие в различных сочленениях, а также статистические характеристики процессов (функции корреляции, взаимные спектры, модуляционные характеристики и т. д.). В связи с тем, что силовые и кинематические возбуждения в узлах и вибрация машины в целом зависят не только от интенсивности рабочих процессов, но и от динамических характеристик конструкций, для выявления причин повышенной вибрации следует измерять механический импеданс и подвижность различных узлов — статорных и опорных узлов механизмов, машин, агрегатов, а также фундаментных конструкций Способы выявления источников повышенной виброактивности механизмов. Наиболее распространенный способ выявления — сопоставление частот дискретных составляющих измеренного спектра вибрации с расчетными частотами возбуждений, действующих в рабочих узлах механизмов В табл. 1 пре ставлены сводные формулы частот дискретных составляющих вибрации и возбуждающих сил некоторых механизмов. Спектры вибрации измеряют на нескольких скоростных режимах работы механизма, что позволяет более надежно сопоставить расчетные частоты с реальным частотным спектром вибрации Кривые зависимости уровней конкретных Дискретных составляющих вибрации от режима работы механизма дают возможность выявить резонансные зоны.

Если на исследуемой частоте (или в полосе частот) в механизме или агрегате имеется локальный источник интенсивной вибрации (отдельный узел или механизм), то его можно выявить по пространственному распределению уровней вибрации кон етрукции Уровни вибрации вблизи источника обычно наибольшие.

При действии несколько источников на одной частоте в конструкциях возбуждается почти равномерное вибрационное поле Его следует анализировать с учетом конструктивных особенностей машины и ее резонансных свойств. Повышенная вибрация в отдельных местах может быть следствием резонанса, а не наличия близко Расположенного источника вибрации

Для выявления источников вибрации в некоторых агрегатах удается использовать метод последовательного исключения. Согласно этому методу измеряют и

анализируют вибрации при поочередном выключении отдельных механизмов. Метод дает надежную информацию, если при выключении одного узла или механизма не изменяются условия работы остальных механизмов.

Для ряда рабочих процессов в машинах наблюдается определенная связь режимных и виброакустических параметров. Это тоже используют для выявления основного источника из нескольких с одинаковыми спектрами частот вибрации. Например, в компрессорах и вентиляторах вихревой шум пропорционален степени относительной скорости потока среды на лопатке, а сплошной шум подшипников качения в значительно меньшей степени зависит от нагрузки и частоты вращения ротора. Поэтому, если в данном механизме при изменении скоростного режима интенсивность шума нарастает пропорционально, например 4-й степени частоты вращения ротора, то можно сделать вывод о его аэродинамическом происхождении.

В ряде случаев для выявления источников приходится определять формы коле баний, т. е. измерять амплитуду и фазу, и распределение возбуждающих сил.

Локализация источников методом измерения динамических сил и колебательной мощности. Измерив силы, действующие со стороны отдельных меманизмов в агрегатах и блочных установках, можно выявить картину обобщенного силового воздействия на несущую конструкцию.

Важным параметром, характеризующим механизм как источник вибрации, является величина излучаемой в опоры колебательной мощности (см. [22], а также гл. XIV). По спектру колебательной мощности можно установить, какой источник дает наибольший вклад в виброакустическое поле; например, у роторных механизмов основное излучение происходит на частоте вращения неуравновешенного ротора.

Особенно полезен этот параметр для оценки роли вибрации разного направления, а также роли линейной и угловой вибрации.

Информацию об изучаемых колебательных мощностях можно с успехом использовать при определении основных источников внброактивносги блочных агрегатов. Локализация источника (отдельного механизма, входящего в состав агрегата) производится двумя способами: по соотношению величин колебательных мощностей, излучаемых отдельными механизмами в рамные конструкции, и по направлению потока колебательной энергии.

Направление потока энергии можно определить по знаку среднего по временч произведения электрических сигналов датчиков силы и скорости V, установленных в местах крепления механизма к раме, или по знаку косинуса угла сдвига фаз между ними (действительной части взаимной спектральной плотности, или взаимного спектра, на данной частоте). При направлении потока энергии от механизма к опорным конструкциям величина в противном случае Суммарный поток энергии направлен внутрь механизма (через сечение его контакта с рамными конструкциями), если этот механизм не излучает на данных частотах, или его излучение гораздо меньше излучения соседнего механизма.

Выявление источников вибрации методом взаимных спектров и механических импедансов. Количественную оценку влияния на уровни вибрации сложных механизмов каждой из сил одинаковой частоты, действующих в различных рабочих узлах, можно производить методом взаимных спектров и механических импедансов ([22], гл, II, XIV), который основан на использовании связи между энергетическими спектрами колебательных скоростей в точках опорной поверхности механизмов и энергетическими и взаимными спектрами действующих на корпус механизма сил

где число возбуждающих сил; энергетические и

взаимные спектры возбуждающих сил переходная подвижность функции частоты ; индексы для обозначения точек действия сил и измерения вибрации; индексы для обозначения направления обобщенных сил и скоростей.

Доля спектральной плотности вибрации, обусловленная действием силы

Члены уравнения вида

пропорциональны вибрации, обусловленной действием каждой из сил при отсутствии между ними корреляционной связи. Коэффициенты характеризуют степень влияния корреляционной связи между силами на уровень вибрации механизма.

Сравнительная оценка степени влияния возбуждающих сил на вибрацию в заданной точке сводится к определению соотношения отдельных произведений правой части уравнения и их суммы. Энергетические и взаимные спектры позволяют количественно в относительных единицах или процентах оценить долю вибрации, обусловленную действием каждой из сил. По подвижности конструкций и взаимным спектрам возбуждающих сил можно определить долю вибрации, обусловленную действием каждой силы без учета и с учетом их взаимной корреляции.

Если исследователь не располагает всеми указанными характеристиками, то задача решается приближенно при допущении, что составляющие вибрации в точках действия сил определяются соответствующими составляющими возбуждающих сил, когда точечная подвижность конструкций превышает значения переходных подвижностей При этом имеют место следующие соотношения:

Такое допущение обычно справедливо для частот выше 100 Гц, когда механизмы и агрегаты уже не колеблются как целое.

Взаимные спектры вибрационной скорости измеряют на работающем механизме. Коэффициенты отношения подвижностей, характеризующие свойства конструкций, либо измеряют на неработающем механизме, либо рассчитывают по данным о взаимных спектрах вибрации из систем уравнений вида

С целью упрощения и некоторого сглаживания получаемых частотных зависимостей удобно использовать вместо истинных спектральных плотностей и подвижностей их значения, усредненные по частоте в некоторой конечной полосе (например, октавы).

Если корреляционная связь между различными рабочими узлами отсутствуем долю спектральной плотности вибрации механизма обусловленную действие -го источника силы в полосе можно определить по формуле

или по формуле

где черта означает усреднение в полосе

Выявление резонирующих элементов конструкций механизмов и блочных агрегатов при различном характере действующих сил. В сложных колебательных системах со многими степенями свободы (например, в блочных агрегатах с присоединеными опорными и неопорными связями) в диапазоне действия частот возбуждающи сил всегда имеется большое количество частот собственных колебаний, часто соьпадающих с частотами вынужденных колебаний, поэтому при определении резонансных характеристик механизмов и блочных агрегатов необходимо учитывать характер действующих в механизме сил.

Если конструкция механизма подвергается воздействию одной гармоиическои силы, то ее резонансные свойства можно характеризовать точечной или реходной подвижностью на частоте со в зависимости от того, совпадает точк, контроля вибрации с точкой действия силы или нет. Если рассматривать стационарные (в статистическом смысле) режимы функционирования механизма с шумовым рактером возбуждения колебаний, то резонансные свойства оцениваются подвиж ностыо или импедансом 2 в полосе частот

При стационарном случайном характере вибрационных процессов комплексные механические импедансы в полосе частот можно измерить с помощью устройства, описание которого представлено в гл. XIV.

Конструкции ряда сложных механизмов и агрегатов подвергаются воздействию сил, приложенных в различных точках и направлениях. Когда вибрационные процессы имеют гармонический характер, вибрационная скорость контрольной точки на частоте является функцией всех действующих сил и определяется по формуле

где — число точек действия сил; направление приложения сил, в том числе крутящих моментов. Из уравнения видно, что при действии нескольких сил отдельные переходные подвижности не характеризуют вибропроводящие свойства конструкции. Эти свойства оцениваются суммой переходных подвижностей, причем роль участка конструкции определяется как подвижностью участка, так и соответствующей вибрационной силой. Для оценки вибропроводящих свойств конструкций, подвергающихся воздействию нескольких сил, целесообразно использовать понятие

(кликните для просмотра скана)

действующей подвижности конструкции

где нормировочная сила, выбираемая путем усреднения сил

Коэффициент называют действующей подвижностью. Он равен сумме переходных подвижностей с учетом их значимости а определяемой значениями действующих сил. Частотная характеристика действующей подвижности позволяет судить о резонансных свойствах конструкций механизмов, блочных агрегатов в целом и с учетом особенностей силового воздействия. Максимумы в частотной характеристике действующей подвижности соответствуют основным резонансам конструкций. Роль участка или элемента конструкций в передаче колебаний к контрольной точке оценивают не его переходной подвижностью, а произведением Сравнивая эти коэффициенты, можно выявить силы и участки конструкций, через которые передается большая часть колебательной энергии.

Для приближенной оценки резонансных свойств конструкций агрегатов и опор взаимосвязью между действующими силами зачастую можно пренебречь, Выражение для действующей подвижности при этом имеет следующий вид:

где

Дальнейшие упрощения получаются при учете вместо шести только трех обобщенных сил в каждой точке.

Следовательно, в уравнениях (72) и (73) для вычисления действующей подвижности можно ограничиться значениями

Целесообразность использования именно действующей подвижности при оценке резонансных свойств конструкций, возбуждаемых несколькими силами, можно увидеть из сравнения частотных характеристик подвижностей блочного агрегата в различных точках (рис. 17, а) и характеристики (рис. 17, б). Резонансные характеристики в различных точках механизма различаются между собой. Поэтому сложно определить, применительно к каким участкам и собственным частотам следует разрабатывать рекомендации по обеспечению снижения виброактивности всего агрегата. Частотная характеристика действующей подвижности (рис. 17, б) свидетельствует о наличии трех основных зон повышенной вибропроводимости данных конструкций: 60—80, 120 и 350 Гц. Сравнивая частотную характеристику действующей подвижности со спектром вибраций, можно установить, какие собственные частоты совпадают с частотами действующих сил.

Список литературы

(см. скан)

(см. скан)