Κατανόηση της επιτάχυνσης στην ανάλυση κραδασμών
Επιτάχυνση είναι ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας ενός αντικειμένου σε σχέση με το χρόνο. Στο ανάλυση κραδασμών είναι μία από τις τρεις βασικές παραμέτρους μέτρησης, που ποσοτικοποιεί πόσο γρήγορα η ταχύτητα ενός δονούμενου εξαρτήματος αλλάζει. Όπου μετατόπιση σας λέει πόσο μακριά κινείται ένα εξάρτημα και η ταχύτητα σας λέει πόσο γρήγορα, η επιτάχυνση είναι στην πραγματικότητα ένα μέτρο των δυνάμεων που ασκούνται στο εξάρτημα - γεγονός που την καθιστά εξαιρετικά ευαίσθητη σε γεγονότα υψηλής συχνότητας, όπως οι συγκρούσεις και οι απότομες αλλαγές στην κίνηση.
1. Ορισμός: Τι είναι η επιτάχυνση κραδασμών;
Μαθηματικά, η επιτάχυνση είναι η πρώτη χρονική παράγωγος της ταχύτητας και η δεύτερη παράγωγος της μετατόπισης. Για ένα σώμα που δονείται ημιτονοειδώς με συχνότητα f, το πλάτος της επιτάχυνσης κλιμακώνεται με το τετράγωνο της συχνότητας για μια σταθερή μετατόπιση - ο διπλασιασμός της συχνότητας τετραπλασιάζει την επιτάχυνση. Αυτό το μοναδικό γεγονός εξηγεί γιατί η επιτάχυνση είναι η φυσική γλώσσα για τα γρήγορα, απότομα γεγονότα: όσο υψηλότερο είναι το συχνοτικό περιεχόμενο ενός σφάλματος, τόσο περισσότερο ξεχωρίζει σε ένα σήμα επιτάχυνσης. Είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο ένας αναλυτής επιλέγει την επιτάχυνση όταν τα φαινόμενα ενδιαφέροντος ζουν στην περιοχή των kilohertz και όχι κοντά στην ταχύτητα λειτουργίας.
2. Γιατί είναι σημαντική η μέτρηση της επιτάχυνσης;
Η μέτρηση της επιτάχυνσης είναι κεντρική για μια ενδελεχή παρακολούθηση κατάστασης πρόγραμμα, επειδή υπερέχει στον εντοπισμό σφαλμάτων που οι πιο ήπιες παράμετροι μπορεί να μην εντοπίσουν. Η σημασία του βασίζεται σε μερικούς βασικούς παράγοντες:
- Ανίχνευση σφαλμάτων υψηλής συχνότητας: η επιτάχυνση είναι εγγενώς πιο ευαίσθητη σε κραδασμούς υψηλής συχνότητας, καθιστώντας την ιδανική παράμετρο για βλάβες στα έδρανα κυλιόμενων στοιχείων σε πρώιμο στάδιο, προβλήματα με τα πλέγματα των γραναζιών και διέγερση με διέλευση πτερυγίων, τα οποία εκπέμπουν ενέργεια σε υψηλά σημεία του φάσματος.
- Άμεση σχέση με τη δύναμη: σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα (Δύναμη = Μάζα × Επιτάχυνση), η επιτάχυνση είναι ευθέως ανάλογη των δυναμικών δυνάμεων στο εσωτερικό μιας μηχανής. Η ανάγνωση της επιτάχυνσης παρέχει επομένως μια άμεση εικόνα των δυνάμεων που οδηγούν στην καταπόνηση και κούραση σε συστατικά.
- Μεγάλο δυναμικό εύρος: τα επιταχυνσιόμετρα που χρησιμοποιούνται για την καταγραφή της καλύπτουν ένα πολύ ευρύ φάσμα συχνοτήτων και πλάτους, καθιστώντας τα ευέλικτα σε πολλούς τύπους μηχανών και ταχύτητες.
3. Μονάδες και μέτρηση
Κοινές Μονάδες
Η επιτάχυνση των κραδασμών εκφράζεται συνήθως σε μία από τις δύο μονάδες:
- g: μονάδα που αναφέρεται στην επιτάχυνση της γήινης βαρύτητας, όπου 1 g ≈ 9,81 m/s². Το g είναι δημοφιλής επειδή δίνει μια τυποποιημένη, διαισθητική αίσθηση του πόσο δυνατά κουνιέται ένα εξάρτημα.
- m/s² (ή mm/s²): η μονάδα SI, μέτρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο, που προτιμάται για επίσημες αναφορές και υπολογισμούς.
Αξίζει να είναι σαφές εάν ένα ποσοστό είναι μέγιστο, πραγματικό μέγιστο ή RMS, δεδομένου ότι η ίδια δόνηση μπορεί να αναφέρεται με τρεις τρόπους. Η μετατροπή μεταξύ g, m/s² και των ισοδυνάμων της ταχύτητας ή της μετατόπισης σε μια δεδομένη συχνότητα είναι ακριβώς αυτό που η δική μας Υπολογιστής επιτάχυνσης κραδασμών είναι για.
Πώς μετράται;
Η επιτάχυνση μετράται σχεδόν αποκλειστικά με ένα επιταχυνσιόμετρο - ένας μετατροπέας που μετατρέπει τη μηχανική δύναμη της δόνησης σε ανάλογο ηλεκτρικό σήμα. Το πιεζοηλεκτρικό επιταχυνσιόμετρο είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος στη βιομηχανική παρακολούθηση της κατάστασης, που εκτιμάται για την ανθεκτικότητα, την ακρίβεια και την ευρεία, επίπεδη απόκριση συχνότητας. Η έξοδός του μπορεί να αναλυθεί άμεσα ή, μέσω ηλεκτρονικών ολοκλήρωση, που παρουσιάζεται ως ταχύτητα ή μετατόπιση.
4. Πρακτικές εφαρμογές στη διάγνωση
Στην καθημερινή διάγνωση, τα δεδομένα επιτάχυνσης εντοπίζουν συγκεκριμένα προβλήματα:
- Σφάλματα ρουλεμάν: τα μικροσκοπικά ελαττώματα στους δακτυλίους, τους κυλίνδρους και τις σφαίρες δημιουργούν μικρές, υψηλής συχνότητας αιχμές κρούσης. Οι μετρήσεις επιτάχυνσης - ειδικά σε συνδυασμό με ανάλυση περιβάλλουσας για την αποδιαμόρφωσή τους - είναι η κύρια οδός για να εντοπιστούν αυτές οι βλάβες στο πιο πρώιμο, πιο εφαρμόσιμο στάδιο, συχνά με την παρακολούθηση του συχνότητες σφάλματος ρουλεμάν.
- Ανάλυση κιβωτίου ταχυτήτων: το περιεχόμενο υψηλών συχνοτήτων από την εμπλοκή των δοντιών, καθώς και οι κρούσεις από ραγισμένα ή σπασμένα δόντια, εμφανίζονται σαφώς στο φάσμα της επιτάχυνσης, συχνά ακριβώς στο συχνότητα εμπλοκής γραναζιών και τις πλευρικές ζώνες του.
- Μηχανήματα υψηλής ταχύτητας: για τις τουρμπίνες και τους συμπιεστές υψηλής ταχύτητας οι κυρίαρχες συχνότητες βρίσκονται στη ζώνη όπου η επιτάχυνση είναι πιο ευαίσθητη, οπότε συχνά είναι η προτιμώμενη συνολική μέτρηση.
Αυτή η ίδια ευελιξία είναι που επιτρέπει σε ένα φορητό όργανο δύο καναλιών όπως το Balanset-1A χρησιμεύει τόσο ως εργαλείο εξισορρόπησης όσο και ως διαγνωστικό εργαλείο: αποκτά την επιτάχυνση από τους αισθητήρες του, την ενσωματώνει στην ταχύτητα για ελέγχους σοβαρότητας έναντι ISO 20816 (η σύγχρονη αντικατάσταση του ISO 10816) και χρησιμοποιεί τα ίδια κανάλια για τη μέτρηση του πλάτους και της φάσης 1× για την εξισορρόπηση του πεδίου.
5. Σχέση με την ταχύτητα και τη μετατόπιση
Η μετατόπιση, η ταχύτητα και η επιτάχυνση συνδέονται μαθηματικά με την ολοκλήρωση και τη διαφοροποίηση. Για μια απλή ημιτονοειδή δόνηση, η ταχύτητα είναι το ολοκλήρωμα της επιτάχυνσης και η μετατόπιση είναι το ολοκλήρωμα της ταχύτητας, παραγώγιση κινείται προς την άλλη κατεύθυνση. Το πρακτικό αποτέλεσμα είναι ότι, για την ίδια δονητική ενέργεια, τα πλάτη επιτάχυνσης είναι φυσικά μεγαλύτερα στις υψηλές συχνότητες, ενώ τα πλάτη μετατόπισης κυριαρχούν στις χαμηλές συχνότητες - με την ταχύτητα να βρίσκεται στο ενδιάμεσο και να παραμένει σχετικά επίπεδη στη μεσαία ζώνη. Αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο οι αναλυτές επιλέγουν την παράμετρο που ταιριάζει καλύτερα με το εύρος συχνοτήτων της αναμενόμενης βλάβης: μετατόπιση για αργή κίνηση του άξονα, ταχύτητα για γενική υγεία των μηχανημάτων και επιτάχυνση για τα γρήγορα, καθοδηγούμενα από τη δύναμη γεγονότα των ρουλεμάν και των γραναζιών.
