Моделювання пошкоджень елементів підшипників кочення тягового редуктора електропоїздів

МОДЕЛЮВАННЯ ПОШКОДЖЕНЬ ЕЛЕМЕНТІВ ПІДШИПНИКІВ КОЧЕННЯ ТЯГОВОГО РЕДУКТОРА ЕЛЕКТРОПОЇЗДІВ

MODELLING OF THE ROLLING BEARING ELEMENT FAULTS FOR THE TRACTION GEARBOX OF ELECTRIC TRAINS

Сторінки: 296-302. Номер: №5, 2019 (277)
Автори:
В. І. БУЛЬБА
Регіональна філія «Південна залізниця»
С. В. МИХАЛКІВ
Український державний університет залізничного транспорту
V. I. BULBA
Regional branch “Southern Railway”
S. V. MYKHALKIV
Ukrainian State University of Railway Transport
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-277-5-296-302
Рецензія/Peer review : 30.05.2019 р.
Надрукована/Printed : 23.07.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

У статті здійснене моделювання зосередженого пошкодження для внутрішнього, зовнішнього кілець та роликів підшипника кочення тягового редуктора електропоїздів. Виявлене вібраційне збудження навколо резонансу, який відповідає обраній власній частоті підшипника. Проведене експериментальне дослідження підтвердило наявність аналогічного збудження на широкосмуговому спектрі навколо резонансної частоти у високочастотному діапазоні. Моделювання пошкоджень підшипників дозволяє обирати інформативну частотну смугу справжньої вібрації підшипника для подальшого застосування складних спектральних методів визначення виду пошкодження підшипника кочення.
Ключові слова: вібрація, модель, підшипник, спектр, частота.

Розширена анотація англійською мовою

The aim of this paper is the identification the informative frequency band by means of the numerical fault modelling of the inner, outer races and the rollers of a rolling bearing for the vibrodiagnostics purposes. The main advantage of a simulated signal is to avoid the complexity of a real environment, focusing only on the main contributions the developer decided to include. The current modelling of the bearing fault vibrations is an assumption about the series of impulse responses of a single-degree-of-freedom system, where the timing between the impulses has a random component simulating the slippery effect. The results of the modelling of localized faults on the outer, inner races and the rollers have shown the excitation around the resonance that corresponds to the selected natural frequency of the bearing. The conducted experimental research confirmed the presence of the same excitation on the spectrum around the resonance frequency in the high frequency band. The bearing fault modelling enables to select the informative frequency band of the real bearing vibration for the further application of the sophisticated techniques for the identification of the bearing fault type.
Keywords: bearing, frequency, model, spectrum, vibration.

References

1. Fernandes H. M. G. Analysis of failures of rolling stock railways rolling bearings / H. M. G. Fernandes. — Porto : Universidade do Porto, 2017. — P. 107.
2. Honarvar F. New statistical moments for diagnostics of rolling element bearings / F. Honarvar, H. R. Martin // Journal of Manufacturing Science and Engineering. — 1997. — Vol. 119(3). — P. 425—432.
3. Dron J.-P. Improvement of the sensitivity of the scalar indicators (crest factor, kurtosis) using a de-noising method by spectral subtraction: application to the detection of defects in ball bearings / J.-P. Dron, F. Bolaers, l. Rasolofondraibe // Journal of Sound and Vibration. — 2004. — Vol. 270(1-2). — P. 61—73.
4. Bolaers F. Comparison of denoising methods for the early detection of fatigue bearing defects by vibratory analysis / F. Bolaers, O. Cousinard, P. Estocq, X. Chiementin, J-P. Dron // Journal of Vibration and Control. — 2011. — Vol. 17(13). — P. 1983—1993.
5. Caesarendra W. Application of the largest Lyapunov exponent algorithm for feature extraction in low speed slew bearing condition monitoring / W. Caesarendra, B. Kosasih, A. K. Tieu, C. A. S. Moodie // Mechanical Systems and Signal Processing. — 2015. — Vol. 50-51. — P. 116—138.
6. DElia G. An algorithm for the simulation of faulted bearings in non-stationary conditions / G. DElia, M. Cocconcelli, E. Mucchi // Meccanica. — 2018. — Vol. 53(4). — P. 1147—1166.
7. Smith W. A. Rolling element bearing diagnostics using the Case Western Reserve University data: a benchmark study / W.A. Smith, R. B. Randall // Mechanical Systems and Signal Processing. — 2015. — Vol. 64-65. — P. 100—131.
8. McFadden P. D. Vibration monitoring of rolling element bearings by the high-frequency resonance technique — a review / P.D. McFadden, J. D. Smith // Tribology International. — 1984. — Vol. 17(1). — P. 3—10.
9. Ho D. Optimisation of bearing diagnostic techniques using simulated and actual bearing fault signals / D. Ho, R. B. Randall // Mechanical Systems and Signal Processing. — 2000. — Vol. 14(5). — R. 763—788. – URL : https://doi.org/10.1006/ mssp.2000.1304
10. Antoni J. A Stochastic Model for Simulation and Diagnostics of Rolling Element Bearings with localized faults / J. Antoni, R.B. Randall // Journal of Vibration and Acoustics. — 2003. — Vol. 125(3). — R. 282—289. – URL : https://doi.org/ 10.1115/1.1569940
11. Antoni J. Cyclic spectral analysis of rolling-element bearing signals: Facts and fictions / J. Antoni // Journal of Sound and Vibration. — 2007. — Vol. 304. — R. 497—529. – URL : https://doi.org/ 10.1016/j.jsv.2007.02.029
12. Mykhalkiv S. V. Zastosuvannia spektralnoho ekstsesu dlia vibrodiahnostuvannia tiahovoho reduktora elektropoizda / S.V. Mykhalkiv, A. P. Falendysh, V. I. Bulba, A. M. Khodakivskyi // Tekhnichni nauky ta tekhnolohii. — 2019. — № 1(15). — S. 73—79.