Шум и вибрация редуктора крана: 5 типов звуков и ремонт

Диагностика неисправностей и стандарты ремонта, рассматриваемые в этой статье, основаны на требованиях к несущей способности и режиму работы редуктора согласно стандарту ISO 4301 / FEM 1.001 «Нормы проектирования кранов», а также на критериях приемки вибрационных испытаний и испытаний под нагрузкой из стандарта ISO 4306 «Правила испытаний кранов», что обеспечивает нормативную основу для поиска и устранения неисправностей на месте.

Как диагностировать 5 типов шума редуктора крана на слух?

Посторонний шум редуктора крана — это самый доступный для персонала ранний признак неисправности. У исправно работающего редуктора звук зацепления шестерен должен быть ровным, мягким гудением, уровень шума обычно не превышает 85 дБ(А). При появлении следующих 5 типов аномального шума можно предварительно определить место и степень серьезности неисправности методом аускультации:

Первый тип: высокочастотный визг. Характеризуется пронзительным, резким звуком, частота обычно находится в диапазоне 1 кГц – 4 кГц и увеличивается с ростом частоты вращения. Это обычно указывает на недостаточную смазку поверхности зубьев или разрыв масляной пленки, вызванный прямым контактом металла. Данные по ремонту компании Келуде показывают, что около 35% случаев шума редуктора вызваны плохой смазкой.

Второй тип: периодический стук. Характеризуется ритмичными ударами, частота которых пропорциональна частоте вращения вала. Частая причина — питтинг, выкрашивание или поломка зубьев шестерни, удар происходит при каждом обороте. Подобный звук также возникает при появлении раковин или выкрашивания на дорожках качения или телах качения подшипника; его можно отличить, рассчитав частоту — зубцовая это частота или подшипниковая.

Третий тип: глухой гул. Характеризуется низкочастотным непрерывным гулом, сопровождающимся заметной вибрацией корпуса. Чаще всего вызван чрезмерным боковым зазором в зацеплении или сильным износом зубьев, особенно заметен, когда боковой зазор превышает стандартное значение более чем на 0,5 мм. Редукторы кранов, длительно работающих в режимах A6 – A8, более подвержены этой проблеме.

Четвертый тип: перемежающийся скрип. Характеризуется нерегулярным резким звуком трения, похожим на скрежет металла. Частая причина — повреждение сепаратора подшипника, заклинивание роликов или попадание посторонних предметов в корпус. В тяжелых случаях сопровождается разрушением упругого элемента муфты, фрагменты которого попадают в зону зацепления.

Пятый тип: непрерывный шелест. Характеризуется мелким, шуршащим звуком, негромким, но постоянным. Чаще всего вызван загрязнением смазочного масла (повышенное содержание воды или избыток металлических частиц), что усиливает фреттинг-износ поверхности зубьев. Этот звук обычно слышен, когда концентрация частиц в результатах феррографии превышает 500 ppm.

Для аускультации на месте можно использовать промышленный стетоскоп или шумомер в сочетании с приложением для спектрального анализа, сравнивая полученную звуковую волну с характерными частотами неисправности. Техническая служба компании Келуде рекомендует: при обнаружении первых трех типов шума немедленно останавливать кран; при последних двух типах можно планировать плановый ремонт, но не позднее чем через 48 часов.

3 спектральных признака шума зубчатого зацепления и стандарты ремонта

Шум зубчатого зацепления промышленного редуктора можно точно локализовать с помощью спектрального анализа вибрации. Частота зацепления шестерен (GMF) для нормальной работы рассчитывается по формуле: GMF = число зубьев × частота вращения (Гц). Например, для редуктора электрической тали CD1-10t компании Келуде при частоте вращения двигателя 1400 об/мин (23,3 Гц) и числе зубьев малой шестерни 18, GMF = 18 × 23,3 = 420 Гц. Появление следующих 3 спектральных признаков вблизи этой частоты является аномалией:

Признак 1: Превышение амплитуды GMF. Когда скорость вибрации на GMF и ее 2-й и 3-й гармониках превышает 7,1 мм/с (граница зон C/D по ISO 10816-3), это указывает на значительный износ или питтинг поверхности зубьев, требуется вскрытие редуктора для осмотра состояния зубьев.

Признак 2: Плотные боковые полосы вокруг GMF. Появление равноотстоящих кластеров боковых полос по обе стороны от GMF (интервал равен частоте вращения дефектной шестерни), при этом амплитуда боковых полос превышает 30% амплитуды GMF, указывает на эксцентриситет шестерни, ошибку шага или изгиб вала. Необходимо измерить радиальное биение шестерни индикатором часового типа, допустимое значение — не более 0,05 мм.

Признак 3: Удары на нецелочисленных гармониках. Появление в спектре случайных ударных сигналов, не кратных GMF, с выраженным импульсным характером во временной области, обычно указывает на поломку зуба или разрушение сепаратора подшипника. Это аварийная ситуация, требующая немедленной остановки и ремонта.

Согласно стандарту ISO 4301 / FEM 1.001, пятно контакта зубчатого колеса редуктора при номинальной нагрузке должно составлять не менее 45% по высоте зуба и не менее 60% по длине зуба; нормативные значения бокового зазора: 0,10–0,20 мм для модуля 3–6 мм и 0,15–0,30 мм для модуля 6–10 мм. Несоответствие любому из этих стандартов требует немедленной регулировки или замены зубчатой пары.

Как определить отказ подшипника редуктора по стуку и повышению температуры?

Отказ подшипника редуктора — вторая по частоте причина постороннего шума после проблем с шестернями, составляющая 28% в статистике сервисных ремонтов компании Келуде. Неисправность подшипника можно диагностировать комплексно по трем параметрам: звук, температура и вибрация:

Звук: При появлении раковин или выкрашивания на дорожках качения внутреннего или наружного кольца подшипника качения возникает периодический ударный звук. Его характерную частоту можно рассчитать по формуле. Частота дефекта внутреннего кольца BPFI = 0,5 × n × (1 + d/D × cos α) × fr, частота дефекта наружного кольца BPFO = 0,5 × n × (1 – d/D × cos α) × fr. Здесь n — число тел качения, d — диаметр тела качения, D — диаметр делительной окружности, fr — частота вращения вала. Если период слышимого «стука» совпадает с расчетным, можно локализовать дефектный подшипник.

Контроль температуры: Превышение температуры нормально работающего подшипника качения не должно быть более чем на 40 °C выше температуры окружающей среды, а максимальная температура не должна превышать 80 °C (требование ISO 4301 / FEM 1.001). При измерении инфракрасным термометром или тепловизором в месте установки подшипникового узла, если температура превышает указанные пределы или разница температур между подшипниковыми узлами одного редуктора превышает 15 °C, это указывает на отказ смазки или усиленный износ соответствующего подшипника.

Параметры вибрации: На подшипниковом узле в радиальном и осевом направлениях устанавливаются датчики ускорения для измерения виброускорения. Для нового подшипника нормальное значение должно быть менее 10 м/с² (СКЗ), при легком износе — 10–20 м/с², при сильном износе или повреждении сепаратора — более 30 м/с². Также необходимо контролировать появление характерных частот дефекта подшипника и их гармоник в огибающем спектре ускорения.

Компания Келуде рекомендует при ежедневных осмотрах вести для каждого подшипника журнал тенденций температуры и вибрации. При росте значения вибрации на протяжении 3 последовательных проверок или при скорости повышения температуры более 5 °C в неделю следует немедленно планировать замену.

Как измерить и исправить периодическую вибрацию из-за расцентровки муфты редуктора?

Расцентровка муфты — третья по частоте причина периодической вибрации редуктора, особенно часто встречается при использовании упругой пальцевой муфты или мембранной муфты между двигателем и быстроходным валом редуктора. Расцентровка бывает параллельной (радиальное смещение) и угловой (осевое смещение), их можно различить по спектральным характеристикам вибрации:

Параллельная расцентровка: В спектре преобладает 2-я гармоника частоты вращения (2X), осевая вибрация относительно мала, а радиальная — велика. Амплитуда вибрации значительно возрастает с увеличением нагрузки, при холостом ходе может быть незаметной. Опыт компании Келуде показывает: если амплитуда 2X превышает 50% амплитуды 1X, следует в первую очередь проверить радиальную центровку.

Угловая расцентровка: В спектре преобладает 1-я гармоника (1X), осевая вибрация значительно больше радиальной. Разность фаз осевой вибрации на двух концах муфты составляет около 180°, что можно подтвердить двухканальным фазовым анализом. Угловая расцентровка часто сопровождается аномальным износом упругого элемента муфты и повышением температуры.

Стандарт исправления: Для центровки валов используйте лазерную центровку или индикатор часового типа. Радиальное отклонение осей не должно превышать 0,05 мм, угловое отклонение — не более 0,05 мм/100 мм (т.е. 0,03°). Этапы исправления: ослабить анкерные болты двигателя, отрегулировать высоту, подкладывая прокладки под основание двигателя, отрегулировать горизонтальное смещение с помощью регулировочных винтов, затянуть анкерные болты диагонально в два приема до заданного крутящего момента, затем выполнить контрольное измерение для подтверждения, что отклонения находятся в допустимых пределах.

На заводе компании Келуде точность центровки муфт для электрических талей серий CD/MD поддерживается в пределах 0,03 мм. Рекомендуется проводить повторную центровку и записывать данные после каждого капитального ремонта.

Методы обнаружения визга из-за плохой смазки и деградации масла в редукторе

Недостаточная смазка — основная причина высокочастотного визга редуктора и самый распространенный источник неисправности среди пяти типов шума. Отказ смазки может быть трех видов: недостаточный уровень масла (ниже средней линии маслоуказателя), деградация масла (снижение вязкости или чрезмерное загрязнение) и неправильный тип масла (несоответствие класса вязкости).

Проверка уровня масла: Через 15 минут после остановки проверьте маслоуказатель или масляный щуп. Уровень должен находиться на высоте 1/2 – 2/3 маслоуказателя. При недостаточном уровне масла не образуется полная масляная пленка на зубьях; для обеспечения гидродинамической смазки толщина пленки обычно должна быть не менее 1 мкм. Компания Келуде рекомендует проверять уровень масла каждые 500 часов, а заменять смазочное масло каждые 2000 часов или 6 месяцев, в зависимости от того, что наступит раньше.

Проверка состояния масла: Возьмите пробу масла для трех быстрых тестов. Вязкость измеряется портативным вискозиметром, кинематическая вязкость при 40 °C должна находиться в диапазоне ISO VG220 – VG460 (в зависимости от модели редуктора); замена требуется при снижении вязкости более чем на 15%. Содержание воды определяется методом Карла Фишера или тестом на потрескивание; содержание должно быть менее 500 ppm, превышение ведет к снижению прочности масляной пленки и микропиттингу зубьев. При феррографическом/спектральном анализе замена масла и проверка уплотнений требуются, если содержание железа превышает 200 ppm или содержание кремния (пылевое загрязнение) превышает 50 ppm.

Выбор типа масла: Согласно требованиям стандарта ISO 4306 к температуре окружающей среды, при температуре от -10 до +35 °C используется индустриальное редукторное масло N320 средней нагрузки (L-CKC320); при температуре ниже -10 °C — низковязкостное редукторное масло N220; при температуре выше +35 °C или в тяжелых условиях эксплуатации (режим работы A6 – A8) — высоковязкостное масло N460. Редукторы компании Келуде поставляются с завода с маслом N320; для особых условий эксплуатации возможна индивидуальная спецификация масла.

Как устранить низкочастотную вибрацию из-за резонанса корпуса и ослабления анкерных болтов?

Резонанс корпуса редуктора и ослабление анкерных болтов вызывают низкочастотные структурные вибрации, частота которых обычно находится в диапазоне 10–50 Гц, что существенно отличается от частоты зацепления шестерен и характерных частот подшипников. Такие вибрации, хотя и не столь разрушительны, как отказы шестерен или подшипников, при длительном воздействии ускоряют усталостное разрушение анкерных болтов и износ посадочной поверхности корпуса.

Диагностика резонанса корпуса: определение собственных частот корпуса редуктора методом ударного возбуждения. При обесточенном двигателе корпус обстукивается резиновым молотком, а датчик ускорения регистрирует спектр отклика, позволяя получить первые три собственные частоты корпуса. Если разница между любой из собственных частот и частотой зацепления шестерен или её второй гармоникой составляет не более ±10 %, существует риск резонанса. Меры устранения включают: установку рёбер жёсткости на поверхности корпуса для изменения локальной жёсткости, регулировку жёсткости опоры анкерных болтов для смещения собственной частоты от возбуждающей, либо изменение частоты вращения двигателя с помощью преобразователя частоты.

Обнаружение ослабления анкерных болтов: проверка каждого анкерного болта динамометрическим ключом. Стандартный крутящий момент для болтов M16 составляет 210–250 Н·м, для M20 — 410–490 Н·м, для M24 — 710–860 Н·м (для болтов класса прочности 8.8). Если крутящий момент любого болта ниже 70 % от стандартного значения, необходимо ослабить все болты и повторно затянуть их крест-накрест в два приёма. Ослабление анкерных болтов на спектре вибрации проявляется внезапным ростом и нестабильностью амплитуды на оборотной частоте (1X); после остановки и повторного запуска амплитуда вибрации может временно вернуться к норме.

Рекомендация Келуде: при монтаже редуктора между опорной плитой и основанием следует устанавливать регулировочные прокладки из нержавеющей стали толщиной 0,5–2 мм, обеспечивая площадь контакта нижней плоскости корпуса с основанием не менее 80 %. После завершения монтажа нанести риски на головке болта и между гайкой и опорной поверхностью; при регулярном осмотре достаточно визуально проверить смещение рисок для быстрого выявления ослабления болтов.

Сравнительная таблица характеристик постороннего шума и параметров неисправностей редуктора крана (5 типов)

Нормы вибрации редуктора крана: 7 показателей ремонта и таблица соответствия стандарту ISO 4301 / FEM 1.001

Ключевые показатели диагностики неисправностей редуктора крана: посторонний шум и вибрация

Дополнительно: ISO 4301 «Классификация режимов работы кранов: руководство по выбору между уровнями 4 и 5 и 4 типами спектров нагрузок | ISO 12480 «Допуски на монтаж колесного рельсового пути: 5 ключевых показателей и 3 этапа приемки

Поиск и устранение неисправностей редуктора крана: 7 частых вопросов и решений