Анализ на обвивката (демодулация) за ранно откриване на повреди
Анализ на обвивката - наричан също демодулация или високочестотно ограждане — е метод за обработка на сигнали в анализ на вибрациите която извлича слабите, повтарящи се удари на дефект в ранен стадий от шумните фонови вибрации на работеща машина. Това е най-мощният инструмент, с който разполагаме за откриване на зараждащи се повреди в лагерите с търкалящи се елементи и редукторите. Микроскопичните пукнатини, отчупвания и повърхностни дефекти генерират поредица от нискоенергийни, високочестотни напрегнати вълни всеки път, когато ролков елемент или зъб на зъбното колело удари дефекта, а анализът на обвивката е методът, който възстановява тези поредици и разкрива честотата, с която те се повтарят.
1. Определение: Какво установява анализът на обвивката
Когато търкалящ се елемент преминава през малка вдлъбнатина или пукнатина в пътя на лагера, той не създава плавна синусоида — а предизвиква рязък удар, подобен на удара с чук. Всеки удар е кратък и носи много малко енергия, но предизвиква естествено вибриране ( резонанс) на лагера, сензора и околната конструкция при висока честота, обикновено няколко килохерца. Тези удари се повтарят с точна честота, която зависи от геометрията на лагера и скоростта на вала. Анализът на обвивката разглежда тези високочестотни колебания като превозвач който се включва и изключва — модулира се — от повтарящите се удари, и работи в обратна посока, за да възстанови модулационния модел. Резултатът дава информация на анализатора не само това че нещо нанася удари, но колко често, и следователно which part лагерът е повреден.
2. Защо стандартната FFT не е достатъчна
Енергията от тези първоначални удари обикновено е твърде малка и има твърде висока честота, за да бъде забележима при обикновена скорост спектър произведено по стандарт FFT. При рутинно измерване енергията на удара се губи в широколентовия шумов фон и се заглушава напълно от големите нискочестотни пикове от дисбаланс, несъосност и механична хлабина. С други думи, в нормалния спектър преобладават здравите 1× и 2× вибрации на машината, докато диагностичната информация за възникваща повреда на лагера се крие във високочестотната област, където никой не обръща внимание. Демодулация съществува именно за да отсее този нискочестотен шум и да изведе модулиращия сигнал на неизправността от шума.
3. Процесът на анализ на обвивката
Техниката изолира високочестотния сигнал и след това измерва честотата на повторение. На практика тя се състои от четири стъпки:
- Полосово филтриране: Необработеният сигнал от акселерометър първо се преминава през филтър за високи честоти или лентов филтър. Това премахва силните нискочестотни вибрации (обикновено всичко под около 1 kHz или 5 kHz) и запазва само високочестотните колебания и ударни вълни, предизвикани от ударите. Изборът на честотната лента така, че тя да съвпада с конструктивния резонанс, осигурява максимална чувствителност.
- Корекция: След това филтрираният високочестотен сигнал се изправя, като отрицателната му половина се обръща нагоре, така че да остане само амплитудата на колебанието. Тази стъпка подготвя сигнала за извличане на обвивката.
- Извличане на обвивката (нискочестотно филтриране): A нискочестотен филтър се прилага към изправения сигнал. То изглажда бързите колебания на носещата честота и оставя само бавно променящия се контур — “обвивката” — който отразява модела на амплитудната модулация, т.е. честотата на повторение на първоначалните удари.
- FFT на обвивката: Накрая се извършва бързо преобразуване на Фурие (FFT) върху тази огибаща времева форма на сигнала. Полученото спектър на обвивката показва ясни пикове при честотата на повтарящите се удари, без нискочестотните вибрации на машината, които преди ги заглушаваха.
4. Диагностика на неизправности чрез спектъра на обвивката
Върховете в спектра на огибащата съвпадат с изчислените за лагера честоти на дефектите в лагерите. Чрез съпоставяне на измерения пик с известна честота анализаторът може да определи точно къде се намира повредата:
- БПФО (Честота на преминаване на търкалящия елемент по външния пръстен): дефект на неподвижния външен пръстен.
- БПФИ (Честота на преминаване на търкалящия елемент по вътрешния пръстен): дефект на въртящия се вътрешен пръстен. Този пик обикновено има странични ленти spaced at 1× работна скорост тъй като дефектът навлиза и излиза от зоната на натоварване веднъж на всеки оборот.
- ЧСФ (Честота на въртене на топката): дефект в някое от самите търкалящи се елементи.
- чуждестранен тероризъм (Основна честота на клетката): най-ниската от тези честоти, което сочи към повреда в клетката, която държи търкалящите се елементи.
Същата логика важи и за зъбните предавки: напукан или счупен зъб на зъбното колело се удря веднъж на всеки оборот, така че спектърът на обвивката показва пик при работната скорост на това зъбно колело, често съпроводен от странични ленти. За да превърне диаметъра на отвора на лагера, Калкулатор за честота на дефекти на лагери; при зъбните предавки Калкулатор за честота на зъбната мрежа служи за същата цел. Разчитането на хармоничната структура само по себе си е форма на дефект на лагера диагноза: броят и височината на хармоници в обхвата на спектъра зависи от степента на напредване на увреждането.
5. Какво е мястото на анализа на „плик“ в практиката
Анализът на обхвата е основна способност на всяка сериозна мониторинг на състоянието програма и съвременна преносими анализатори да го изчисляват рутинно заедно с обичайния спектър. При ежедневната работа на място екипът по поддръжката често пристига първи при машината, за да я балансира и да провери общото ѝ състояние: уред като Balanset-1A измерва широколентовата вибрация и 1× амплитуда и фаза needed for балансиране на място, докато допълнителен канал за обхващане потвърждава дали лагерите отдолу са в изправност, преди да бъде одобрено балансирането. Важно е проблемът с лагерите да бъде открит навреме, тъй като балансирането на машина, чиито лагери вече се разпадат, само прикрива симптома.
6. Силата на ранното откриване
Основното предимство на анализа на обхвата е изключителната му чувствителност. Той може да сигнализира за повреда в лагер или зъбно колело месеци — а понякога и година — преди същият дефект да се усили до степен, в която да бъде регистриран в рутинния спектър на скоростта, или да излъчи достатъчно топлина, за да се забележи при термография. Именно този дълъг срок за изпълнение е това, което дава ранно предупреждение предимството: поддръжката може да се планира, резервните части да се поръчат, а ремонтът да се впише в удобен период на прекъсване на работата, вместо да се налага поради внезапна повреда. В по-широкия контекст на прогнозна поддръжка... именно допълнителната предупредителна информация, която осигурява демодулацията, предотвратява катастрофалните повреди и скъпите вторични щети, които те причиняват.
