بخشی از مقاله
چکیده
گیربکس هوازن مورد مطالعه در این پژوهش، طی بررسی های ادواری توسط واحد لرزه نگاری، ارتعاش سنجی شد . ارتعاش تجهیز بر اساس استاندارد ایزو 10816 ، بالا و غیرقابل قبول بود، با توجه به آنالیز ارتعاشی و تحلیل های انجام شده به کمک نرم افزار XMS، مشاهده شد در طیف فرکانسی اسپکتروم، پیک هایی در فرکانس 363.75 هرتز - فرکانس درگیری دندانه ها - در نقاطی از گیربکس وجود دارد که با توجه به اینکه چرخدنده گیربکس مذکور دارای 122 دندانه در چرخ دنده است احتمال وقوع پدیده فرکانس درگیری دندانه ها داده شد.
با تشخیص این عیب، ایراد در کلرنس های درگیری دندانه ها و شکستگی آنها محتمل ترین نقص تجهیز بشمار میرفت، با انتقال تجهیز به کارگاه و بررسی آن مشخص شد که کلرنس چرخدنده گیر نامناسب است همچنین بار اضافی بر چرخ دنده، موجب سایش دندانه و بعضا شکستگی دندانه های چرخدنده شده است.
با اصلاح کلرنس ها و تعویض چرخ دنده، ارتعاش گیربکس نرمال شده و پیک های بوجود آمده ناشی از این پدیده در طیف فرکانسی اسپکتروم نیز از بین رفت. نکته قابل تامل در این پژوهش علمی - صنعتی، بهره گیری از مفاهیم و مبانی علمی مهندسی مکانیک در صنعت بصورت عملی - تشخیص پدیده فرکانس درگیری دندانه ها - و رفع عیب صحیح تجهیز می باشد.
مقدمه
فرکانس درگیری دنده ها 1 برابر حاصل ضرب سرعت دورانی در تعداد دندانه های چرخ دنده می باشد که ممکن است این فرکانس بصورت هارمونیک های این حاصل ضرب ظاهر شود . یک گیربکس سالم و چرخدنده بدون عیب، این ارتعاشات را در حد مجاز - بر اساس استاندارد ایزو - 10816 دارد. وقتی که یک یا چند دندانه چرخدنده آسیب می بیند، پروفیل دندانه ها ی چرخ دنده به واسطه لغزش بین دو دندانه درگیر، تغییر می کند و همانطور که در شکل 1 نمایش داده شده است، باعث بوجود آمدن نیروهایی در ناحیه تداخل دندانه ها می گردد ، این موضوع منجر به افزایش دامنه ارتعاشات، بروز طیف فرکانسی و هارمونیک های آن، در محدوده نزدیک به فرکانس درگیری چرخ دنده ها می شود.
شکل :1 نیروهای بوجود آمده در چرخدنده هنگام وقوع لقی دندانه ها
فرکانس درگیری دنده ها در صورتی می تواند افزایش پیدا کندکه :
-1 به وجود آمدن سایش دندانه ها و پس زنی آنها.
-2 ظاهر شدن عیوبی از قبیل خروج از مرکزی یا عدم هم محوری چرخ دنده .
-3 وجود بار اضافه بر چرخ دنده بعلت عدم استفاده صحیح.
-4 وجود دندانه شکسته شده یا ترک برداشته چرخ دنده در گیربکس .
همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است، فرکانس درگیری دنده ها زمانی نمایان می شود که پیک قابل توجهی در فرکانس حاصل ضرب سرعت دورانی در تعداد دندانه های چرخ دنده بوجود آمده باشد، نکته قابل توجه در تشخیص پدیده فرکانس درگیری دندانه ها ، نمایان شدن فرکانس باندهای جانبی1 اطراف پیک اصلی با دامنه کم و عدم تحریک و تغییر فرکانس های طبیعی چرخ دنده است.
شکل :2 نمونه طیف اسپکتروم، درگیری دنده ها
اندو هیروکی و همکاران [1] در سال 2000 مدل های گربکس را به کمک خرابی های چرخدنده و بیرینگ شبیه سازی کردند.
تاواشی تاکه اوچی و همکاران [2] در سال 2003 آنالیز صدای غیر عادی چرخدنده را تحت بار زیاد را بررسی کردند.
محمد اسلیم ابیس و همکاران [3] در سال 2010 به بررسی آنالیز دینامیکی چرخدنده هلیکال مهار شده با بیرینگ های استوانه ای پرداختند.
میلوسار اوگینانویچ و همکاران [4] در سال2008 بررسی ارتعاشات ایجاد شده چرخدنده در محدوده فوق بحرانی فرکانس های درگیری چرخدنده در نتیجه سایش دنده ها را ارائه کردند. تجهیز مورد مطالعه، هوازن واحد تصفیه پساب شرکت پتروشیمی فجر واقع در منطقه ویژه اقتصادی ماهشهر می باشد، محرک این هوازن موتور، با دور ثابت1500 دور بر دقیقه و قدرت 21 کیلو وات است، همچنین سرعت دورانی خروجی گیربکس مورد مطالعه 180 دور بر دقیقه می باشد.
معادلات فرکانس ارتعاشات
فرکانس عبارتست از تعداد سیکل های کاملی که در طول یک مدت زمان معین - معمولا در زمان یک دقیقه یا یک ثانیه - انجام میشود.
پریود ارتعاشات
مدت زمانی است که طول میکشد تا یک سیکل کامل ارتعاشی انجام شود :
جابجایی ارتعاشات
جابجایی ارتعاشات عبارتست از میزان جابجایی کلی قطعه در حال نوسان، که در یک حرکت هارمونیک سیستم جرم و فنر، که جسم از حالت تعادل خود خارج شده باشد،معادله حرکت به صورت سینوسی و به شکل زیر است:
که در این رابطه X جابجایی کلی حرکت نوسانی، A دامنه حرکت نوسانی، w سرعت زاویه ای حرکت نوسانی و t دوره تناوب زمانی است.
سرعت ارتعاشات
سرعت ارتعاشات - - V عبارتست از میزان تغیرات جابجایی به زمان که میتوان با مشتق گیری از رابطه جابجایی آنرا استخراج کرد:
شتاب ارتعاشات
شتاب - - a در واقع نرخ تغیرات سرعت نسبت به زمان است و هر بار که سرعت قطعه صفر شود برای اینکه قطعه بتواند به حرکت خود ادامه بدهد باید شتاب تغییر کند، برای بدست آوردن شتاب کافیست از رابطه سرعت مشتق گیری کنیم بنابراین خواهیم داشت:
فرکانس طبیعی
فرکانسی است که وابسته به خصوصیات ذاتی جسم، سیستم یا یک مجموعه است که برای یک سیستم جرم - M - و فنر با ضریب سختی - K - برابر است با:
آنالیز ارتعاشی و بررسی دلایل احتمالی ارتعاش بالای تجهیز
در طی بازدید های دوره ای از نحوه کارکرد و ارتعاشات تجهیز دوار، مشخص شد که تجهیز دارای ارتعاش بالا و صدای غیر عادی است . ارتعاش سنجی از هر تجهیز در محل قرارگیری بیرینگ و در سه جهت افقی، عمودی و محوری صورت می گیرد. لازم به ذکر است که برای هر نقطه اندازه گیری، آنالیزهای مقدار عدد ارتعاش، طیف فرکانسی ارتعاش، مقدار BCU، طیف فرکانسی BCS انجام می گیرد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، مقدار عدد ارتعاش تجهیز افزایش قابل ملاحظه ای یافته است.
شکل :3 مقدار ارتعاش گیربکس،جهت افقی هنگام بروز مشکل
در ادامه آنالیز ارتعاشات به کمک نرم افزارxms ، همانطور که در شکلهای 5 و 6 نشان داده شده است، هیچ گونه افزایشی در ترند مقدار BCU و یا طیف BCS هنگام بروز مشکل بوجود نیامده است، همچنین طیف فرکانسی منطبق با خرابی بیرینگ مشاهده نشد، پس با توجه به آنالیز ارتعاشی مذکور و صدا سنجی بعمل آمده در هنگام بروز مشکل، احتمال خرابی بیرینگ ضعیف است. همچنین با توجه به اینکه در طیف فرکانسی، هیچ گونه پیک یک برابر دور و یا دو برابر دور وجود نداشت احتمال وجود هرگونه ناهم محوری در تجهیز رد شد.
همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، تنها پیک غالب در طیف فرکانسی، فرکانس هرتز 363.75 بود که با توجه به وجود ساید باندهای اطراف پیک غالب متناسب با دور شفت، احتمال داده شد که این پیک مربوط به - - فرکانس درگیری دندانه ها - - است.
پس از انجام محاسبات زیر یقین حاصل شد که علت اصلی افزایش ارتعاشات تجهیز مذکور پدیده فرکانس درگیری دندانه هاست :
- اختلاف 2 HZ مربوط به رزولوشن دستگاه و اختلاف فرکانس برق شهر می باشد -
همچنین پس از اطمینان از سالم و محکم بودن پیچ های پایه گیربکس و اطمینان از سلامت روغن گیربکس، تجهیز برای بررسی بیشتر به کارگاه منتقل شد. پس از اورهال تجهیز و درآوردن پینیون و گیر مشخص شد که وجود بار اضافی بر گیربکس باعث سایش و در نهایت شکستگی در چند دندانه از چرخ دنده شده بود.
شکل : 4 تغییر ناچیز مقدار BCU هنگام بروز مشکل
شکل : 5 تغییر ناچیز در مقادیر طیف BCS قبل و هنگام بروز مشکل همانگونه که در شکل 8 نشان داده شده است، بار اضافی بر روی دندانه ها باعث می شود لقی بین دندانه ها از مقدار مجاز خارج شود.
شکل : 6 طیف اسپکتروم ارتعاش گیربکس، جهت افقی، هنگام بروز مشکل
شکل : 7 شکستگی چرخ دنده ناشی از وجود بار اضافه روی آن
