Диагностика неисправностей подшипников: аномальный шум, перегрев и износ

Неисправности подшипников вращательных двигателей гидравлических горных перфораторов редко проявляются в виде очевидного внезапного события — катастрофической заклинивания, останавливающего перфоратор; как правило, это финал процесса деградации, начавшегося за несколько недель или месяцев до этого. Ранние признаки незначительны: небольшое изменение тона звука вращательного двигателя при низкой ударной нагрузке, температура отработанного масла на 5 °C выше прежней, постепенное увеличение концентрации металлических частиц в пробе масла между интервалами технического обслуживания. К тому времени, когда любой из этих признаков становится достаточно явным для вызова службы технического обслуживания, подшипник обычно уже прошёл тот этап, на котором его осмотр и повторная смазка могли бы продлить срок службы — остаётся только замена.

Обнаружение деградации подшипника на ранней стадии, когда вмешательство ещё экономически целесообразно, требует понимания значения каждого сигнала и времени его появления в хронологии отказа — в частности, какой симптом, как правило, проявляется первым, а какой сигнал указывает на то, что подшипник выйдет из строя через несколько часов.

Последовательность отказа: когда появляются те или иные сигналы

Отказ подшипника в электродвигателе вращения горного перфоратора обычно развивается постепенно. Ранний обнаруживаемый сигнал — часто появляющийся до возникновения любого шума, воспринимаемого человеком — представляет собой увеличение амплитуды вибрации на частотах, характерных для подшипников. В условиях ударного воздействия, где фоновая вибрация от ударного механизма очень интенсивна, это изменение вибрации ниже порога восприятия эффективно не обнаруживается без применения вибрационного анализа на основе датчиков. Большинство полевых операций не оснащены такой диагностической аппаратурой непосредственно на двигателе вращения, поэтому этот ранний сигнал остаётся незамеченным.

Следующим появляющимся сигналом, как правило, является шум: изменение характерного звука вращательного двигателя — от устойчивого низкочастотного гула до звука с периодическим или прерывистым характером, например, слабой циклической металлической составляющей, повторяющейся с частотой вращения дорожки качения подшипника. Такой шум различим опытным оператором при работе установки без удара и только с вращением при низком давлении вращения. Ключевой диагностический метод: во время цикла позиционирования (без удара, вращение на низкой скорости) следует специально прислушиваться к звуку, исходящему от конца дрифтера с вращательным двигателем. Новые подшипники практически бесшумны при низкой скорости вращения; подшипники с повреждением беговых дорожек издают неравномерный гул или едва слышное циклическое скрежетание, интенсивность которого возрастает по мере увеличения скорости вращения.

Тепло появляется вслед за шумом в большинстве последовательностей отказов. Температура подшипника в корпусе вращающегося электродвигателя повышается по мере увеличения трения на каждом обороте из-за повреждённой поверхности дорожки качения. Допустимая рабочая температура подшипников большинства вращающихся электродвигателей составляет 80 °C и ниже на поверхности корпуса. Проверка рукой (заметив, что корпус ощущается горячим по сравнению с соседними участками цепи) или использование инфракрасного термометра на корпусе двигателя позволяет выявить перегрев подшипника до того, как возникнет непосредственная угроза заклинивания. Внезапное, а не постепенное повышение температуры указывает скорее на отказ смазки, чем на прогрессирующий износ дорожки качения — например, загрязнение смазки с резким снижением её вязкости или засорение смазочной магистрали посторонними частицами.

Характер шума в зависимости от типа отказа

Диагностика образца масла: выявление износа подшипников до появления шума

При регулярном анализе гидравлического масла в эксплуатации — который должен включать отбор пробы из сливного масла вращательного двигателя, а не только из удара-контурной системы — рост концентрации металлических частиц в пробе слива является самым ранним практически наблюдаемым признаком деградации подшипников. Частицы железа и стали, образующиеся при износе дорожек качения и тел качения, появляются в масле раньше, чем возникают заметные шум или нагрев. Удвоение количества частиц между двумя последовательными пробами, отобранными через каждые 200 часов работы (даже если абсолютное количество частиц остаётся в пределах нормы), указывает на ускоренный износ в каком-либо месте смазочной системы. Источник подтверждается путём сопоставления с результатами проверок шума и температуры.

Различные типы частиц износа указывают на разные режимы отказа: крупные неправильной формы железные частицы свидетельствуют об усталостном выкрашивании поверхности дорожки качения; мелкая железная «стружка» без частиц выкрашивания указывает на абразивный износ, вызванный загрязнённой смазкой; цветные частицы (медь, олово) указывают на материал сепаратора или цилиндрического кольца, что говорит о перегрузке или неподходящем типе подшипника для условий ударных нагрузок. Эти различия можно обнаружить при простом осмотре магнитной пробки — установки магнита в линии слива — или при лабораторном анализе образца.

Корневая причина: что на самом деле приводит к выходу из строя подшипников вращающегося электродвигателя

Сбой смазки является основной причиной преждевременного выхода из строя подшипников в двигателях вращения горных буровых установок. Существует два типа таких сбоев: недостаточное количество смазки («голодание» из-за забитой или пустой смазочной магистрали шанка, которая также подаёт смазку в зону подшипников двигателя) и использование неподходящего смазочного состава (замена специализированного противоизносного масла для горных буровых установок универсальным гидравлическим маслом в случае отсутствия масла требуемого класса). Оба варианта приводят к ускоренному поверхностному износу в течение 50–100 часов и выделению тепла, которое дополнительно ускоряет деградацию масла — замкнутый цикл.

Загрязнение промывочной водой является второй по значимости причиной. При повреждении уплотнений промывочной коробки вода со временем проникает в зону двигателя вращения. Наличие воды в смазке подшипников резко увеличивает скорость абразивного износа, поскольку вода не образует защитной плёнки между металлическими поверхностями под нагрузкой. Магнитная пробка будет содержать мелкую металлическую стружку (а не крупные частицы отслаивания), если причиной является загрязнённая вода; это позволяет отличить такой тип повреждения от разрушения типа «отслаивание» по морфологии частиц.

Перегрузка из-за износа направляющей втулки является третьей причиной. Избыточный зазор в направляющей втулке позволяет хвостовику колебаться поперечно при ударной нагрузке, и эта поперечная нагрузка частично передаётся подшипнику двигателя вращения через патрон. Подшипник воспринимает радиальные нагрузки, на которые он не был рассчитан. Диагностика: если подшипники выходят из строя часто, а зазор в направляющей втулке достиг или превышает предел, допустимый для замены, то именно втулка является коренной причиной, даже если она не выглядит очевидной первичной проблемой.

Замена и повторная установка: предотвращение повторных отказов

Установка нового подшипника в тот же корпус, где только что произошел отказ, без предварительного осмотра отверстия корпуса и поверхностей упорного буртика вала — самая распространённая причина повторного преждевременного отказа подшипника. Тела качения вышедшего из строя подшипника оставляют риски на отверстии корпуса; эти риски создают концентрации напряжений, которые повреждают наружное кольцо нового подшипника уже в первые часы его работы. Перед установкой новых подшипников необходимо тщательно очистить корпус, выполнить измерения и, при необходимости, расточить или заменить его.

Усилие при монтаже подшипника должно прикладываться к тому кольцу, которое устанавливается с натягом. Приложение монтажного усилия через тело качения немедленно повреждает дорожки качения, вызывая отказ, внешне похожий на преждевременный износ, но фактически являющийся следствием повреждения при монтаже. Компания HOVOO поставляет комплекты уплотнений для вращающихся электродвигателей всех ведущих брендов пневмоударных машин. Полный перечень артикулов — на сайте hovooseal.com.