تشخيص عيوب التروس باستخدام تحليل الاهتزاز
عيوب العتاد هناك أنواع من التآكل والتلف — مثل تآكل الأسنان، والشقوق، والانحراف عن المركز، واختلال المحاذاة — التي تحدث في مجموعات التروس المستخدمة لنقل الطاقة عبر الآلات الصناعية. ويُعد تداخل أسنان التروس عملية تصدر ضوضاء واهتزازات بطبيعتها، لذا فإن التروس السليمة تُنتج نمط اهتزاز واضح ومستقر للغاية؛ وأي انحراف عن هذا النمط يُعد مؤشراً قوياً على وجود مشكلة. ولأن تحليل الاهتزازات يمكنه اكتشاف هذه الانحرافات في مرحلة مبكرة جدًا، فهو يكتشف أعطال التروس قبل أن تتفاقم وتؤدي إلى تعطل كارثي في علبة التروس.
1. توقيع اهتزاز التروس
تتميز كل مجموعة تروس ببصمة مميزة في المجال الترددي، يهيمن عليها معدل تداخل الأسنان وتحيط بها الأنشطة المرتبطة بدوران كل عمود. ولذلك، فإن القياس الأساسي لصندوق تروس سليم يُعد أحد أهم المراجع التي يمكن أن يعتمد عليها أي برنامج للموثوقية: فلا يتم تشخيص الأعطال بناءً على رقم مطلق، بل بناءً على كيفية ظهور الطيف الحالي و شكل موجة الوقت تختلف عن تلك البصمة المعروفة بأنها سليمة. إن علم تشخيص التروس هو في الأساس علم قراءة هذا الاختلاف بشكل صحيح، ولهذا السبب تحتل التروس مكانة بارزة في الفحوص الروتينية مراقبة الحالة.
2. تردد شبكة التروس (GMF)
التردد الأكثر أهمية في تحليل علبة التروس هو تردد تعشيق التروس (GMF) — السرعة التي تتشابك بها أسنان التروس المتعاضدة مع بعضها البعض.
GMF = عدد الأسنان الموجودة في الترس × سرعة دوران هذا الترس
في علبة التروس السليمة، فإن طيف تحويل فورييه السريع يُظهر ارتفاعًا واضحًا عند التردد GMF، وعادةً ما يكون مصحوبًا ببعض الارتفاعات الصغيرة التوافقيات (2×GMF، 3×GMF). تعكس سعة ذروة GMF الحمل الواقع على التروس، لذا فإن ارتفاع ذروة GMF بحد ذاته لا يعني بالضرورة وجود عطل — فقد يعني ببساطة أن علبة التروس تعمل بكثافة. وتكمن المعلومات التشخيصية الحقيقية في الترددات حول ذروة GMF، وليس في الذروة نفسها. ونظرًا لأن GMF يعتمد على كل من عدد الأسنان والسرعة، فمن السهل إساءة تحديدها يدويًّا؛ حاسبة تردد تداخل التروس يحسب قيمة GMF ونطاقاتها الجانبية لمجموعة تروس معينة في غضون ثوانٍ.
3. استخدام النطاقات الجانبية لتشخيص الأعطال
النطاقات الجانبية تُعد الأداة الأكثر فعالية لتشخيص مشاكل محددة في التروس. وهي عبارة عن قمم صغيرة تظهر على جانبي التردد الرئيسي (GMF) وتوافقياته، وتنتج عندما يؤدي عطل ما إلى تغيير طبيعة عملية التداخل. والدليل الحاسم هو تباعد: الفارق بين النطاق الجانبي وقمة موجة التردد العام (GMF) يساوي سرعة دوران العمود الذي يحمل الترس المعيب، وهو ما يوضح لك على الفور والتي العمود لفحصه.
- تروس متآكلة أو غير متوازنة: متآكل، مائل أو أن الترس المعيب يقوم بتعديل التردد العام (GMF) وفقًا لسرعته الدورانية، مما ينتج عنه نطاقات جانبية متباعدة بمسافة سرعة الجري (1×) لعمود الترس هذا. وإذا كانت الشرائط الجانبية تتطابق مع سرعة عمود الإدخال، فإن العطل يكون في ترس الإدخال.
- التآكل العام للأسنان: تآكل العتاد عادةً ما يرفع تآكل الترس سعة GMF وتوافقياته، ويصحبه نطاقات جانبية عند 1× من الترس المقابل.
- سن متصدع أو مكسور: يُحدث سن واحد متصدع أو مكسور ذروة قوية عند سرعة دوران تلك الترس التي تبلغ 1×، وغالبًا ما يكون ذلك مصحوبًا بالعديد من التوافقيات، بالإضافة إلى نطاقات جانبية حول التردد الرئيسي (GMF) متباعدة بمسافات تعادل سرعة دوران تلك الترس. ويُعد الشكل الموجي الزمني ذا قيمة خاصة في هذه الحالة — فهو يُظهر تأثيرًا دوريًا واضحًا في كل مرة يحاول فيها السن التالف أن يتشابك.
- اختلال محاذاة التروس: عدم المحاذاة غالبًا ما يؤدي اختلال محاذاة التروس إلى توافقية عالية عند 2×GMF، وقد تكون أحيانًا أعلى من ذروة GMF الأساسية، ويصاحبها أيضًا نطاقات جانبية عند سرعة التشغيل.
ومن الآثار ذات الصلة التي يجدر معرفتها تردد الأسنان الصيدية، والمعدل المنخفض جدًّا الذي يعود عنده زوج معين من الأسنان إلى التداخل؛ ويمكن أن تؤدي الأعطال التي تشمل سنًا تالفًا واحدًا في كل ترس إلى إثارة هذه المشكلة.
4. تقنيات التحليل المتخصصة
ونظرًا لكون اهتزاز التروس شديدًا للغاية، غالبًا ما يتم تعزيز التحليل الطيفي القياسي بتقنيات تعمل على عزل إشارة التروس:
- تحليل الموجة الزمنية: وهو أمر ضروري لتأكيد وجود أسنان مكسورة أو متشققة، والتي تظهر على شكل صدمات حادة متكررة تتزامن مع دوران الترس بدلاً من التزامن مع التداخل.
- تحليل السيبستروم: تحويل يعمل على تكثيف مجموعات كاملة من النطاقات الجانبية المتساوية التباعد إلى مكونات فردية يسهل قراءتها، مما يجعل أنماط النطاقات الجانبية مرئية عندما تكون مخبأة في تحويل فورييه السريع (FFT) المزدحم.
- تحليل الغلاف: يقوم بإزالة تشكيل الموجة الحاملة عالية التردد للكشف عن معدل النبضات منخفضة التردد لعيب محدد في الأسنان، مما يكمل الصورة التي توفرها النطاقات الجانبية.
5. مراحل فشل التروس
يمكن لتحليل الاهتزازات تتبع تطور عطل التروس عبر أربع مراحل يمكن تمييزها، مما يمنح فرق الصيانة الوقت الكافي للتخطيط للتدخل:
- المرحلة الأولى (المبكرة): تظهر نطاقات جانبية صغيرة حول الموجة الرئيسية (GMF). وقد لا يتغير مستوى الاهتزاز الإجمالي على الإطلاق.
- المرحلة الثانية (متوسطة): تزداد سعة النطاقات الجانبية، وتبدأ التوافقيات الخاصة بموجة التردد العام (GMF) في الظهور مع نطاقات جانبية خاصة بها.
- المرحلة الثالثة (الحادة): يحمل GMF وتوافقياته العديد من النطاقات الجانبية الكبيرة، ويبدأ تردد 1× للترس المسبّب للمشكلة في الارتفاع، كما يرتفع خط الضوضاء الأساسي في الطيف.
- المرحلة الرابعة (الكارثية): قد يختفي GMF، ليحل محله نمط اهتزاز عشوائي وصاخب مع تعرض الأسنان لتلف شديد أو تدمير.
6. تطبيق ذلك عمليًا في الميدان
يبدأ تشخيص أعطال التروس بإجراء قياس ميداني دقيق عند سرعة التشغيل والحمل الفعليين. جهاز محمول ثنائي القنوات مثل Balanset-1A يلتقط الجهاز طيف FFT والشكل الموجي الزمني الخام عند كل محمل، مما يتيح للمهندس تحديد GMF، وقراءة تباعد النطاقات الجانبية لربط العطل بعمود محدد، ومراقبة الشكل الموجي لرصد الصدمة الدورية الدالة على سن مكسور — وكل ذلك دون فتح علبة التروس. وعندما تقود علبة التروس دوارًا أو تدعمه أيضًا، يتحقق الجهاز نفسه من أن الاهتزاز المتبقي محمل كما أن الاهتزازات المرتبطة بعدم التوازن تظل ضمن الحدود المسموح بها وفقًا للمعايير مثل ISO 20816، وبالتالي لا يتم إخفاء عطل مؤكد في التروس بفعل مصادر غير ذات صلة. وعند اكتشاف عيب في التروس في المرحلة الأولى أو الثانية، يصبح الأمر إصلاحًا مجدولاً بدلاً من تعطل غير متوقع.
