Κατανόηση των πλευρικών ζωνών στην ανάλυση κραδασμών
Πλευρικές ζώνες είναι μικρές κορυφές συχνότητας που εμφανίζονται σε ένα Φάσμα FFT σε ίσα διαστήματα εκατέρωθεν μιας μεγαλύτερης κεντρικής κορυφής γνωστής ως συχνότητα φορέα. Η παρουσία τους αποτελεί σαφή ένδειξη διαμόρφωση — μια κατάσταση κατά την οποία ένα σήμα «αποτυπώνεται» πάνω σε ένα άλλο — και η απόσταση μεταξύ των πλευρικών ζωνών ισούται με τη συχνότητα του διαμορφωτικού σήματος. Επειδή αυτή η απόσταση υποδεικνύει άμεσα το υπεύθυνο περιστρεφόμενο στοιχείο, οι πλευρικές ζώνες συγκαταλέγονται στα πιο ισχυρά και καθοριστικά διαγνωστικά χαρακτηριστικά σε ανάλυση κραδασμών, ειδικά για gearbox και ρουλεμάν ανίχνευση βλαβών.
1. Τι είναι οι πλευρικές ζώνες: Η διαμόρφωση στο φάσμα
Η διαμόρφωση είναι μια έννοια γνωστή από τον ραδιοφωνικό τομέα, και ο μηχανισμός που εφαρμόζεται σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων είναι ο ίδιος. Η ένταση ενός σταθερού ήχου υψηλής συχνότητας (του φορέα) μεταβάλλεται από ένα φαινόμενο που επαναλαμβάνεται με μικρότερη συχνότητα (τον διαμορφωτή)· στο φάσμα, αυτή η μεταβολή δεν θολώνει την κορυφή του φορέα — αντ’ αυτού, διαχωρίζει την ενέργεια σε συμμετρικές δευτερεύουσες κορυφές. Ο ίδιος ο φορέας είναι συνήθως ένας επιβαλλόμενη δόνηση που παράγεται κατά την κανονική λειτουργία, ενώ ο διαμορφωτής είναι ο ρυθμός «μία φορά ανά περιστροφή» ενός ελαττωματικού εξαρτήματος. Η αναγνώριση αυτού του μοτίβου είναι αυτό που διακρίνει μια σίγουρη διάγνωση από μια απλή εικασία.
2. Πώς δημιουργούνται οι πλευρικές ζώνες
Οι πλευρικές ζώνες δημιουργούνται όταν το πλάτος ενός κύριου σήματος δόνησης — του φορέα — μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου από ένα δεύτερο, πιο αργό σήμα: τον διαμορφωτή. Το κλασικό παράδειγμα είναι ένα ελαττωματικό δόντι γραναζιού:
- Το Συχνότητα εμπλοκής γραναζιών (GMF) είναι ο φορέας. Πρόκειται για υψηλή συχνότητα που παράγεται από την κανονική εμπλοκή των δοντιών των γραναζιών.
- Ένα μόνο σπασμένο δόντι σε αυτόν τον οδοντωτό τροχό προκαλεί κρούση μία φορά ανά περιστροφή. Κάθε φορά που το ελαττωματικό δόντι εμπλέκεται, η κρούση αυτή διαμορφώνει — δηλαδή μεταβάλλει το πλάτος — του σήματος GMF.
- Το ταχύτητα περιστροφής η περιστροφική ταχύτητα του γραναζιού είναι, επομένως, η συχνότητα διαμόρφωσης.
Το αποτέλεσμα στο φάσμα FFT είναι μια μεγάλη κορυφή στο GMF (ο φορέας), πλαισιωμένη από μικρότερες κορυφές πλευρικών ζωνών, οι οποίες απέχουν μεταξύ τους κατά το ρυθμό περιστροφής του γραναζιού. Αυτό το μοτίβο αποδεικνύει όχι μόνο ότι υπάρχει βλάβη, αλλά και ότι βρίσκεται σε αυτό το συγκεκριμένο γρανάζι. Η σχέση αυτή αποτυπώνεται σε έναν απλό τύπο:
Συχνότητα πλευρικής ζώνης = Συχνότητα φέροντος ± (n × Συχνότητα διαμόρφωσης), όπου n = 1, 2, 3 …
Η σειρά των κορυφών πάνω και κάτω από το φορέα σχηματίζει έτσι μια ομοιόμορφα κατανεμημένη «χτένα», και μετρώντας το διάστημα σε χερτς — και μετατρέποντάς το στη συνέχεια σε στροφές ανά λεπτό — ο αναλυτής μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια ποιος άξονας παρουσιάζει δυσλειτουργία.
3. Βασικές εφαρμογές στη διάγνωση μηχανών
Διαγνωστικά κιβωτίου ταχυτήτων
Αυτή είναι η κύρια εφαρμογή για ανάλυση πλευρικής ζώνης.
- Πλευρικές ζώνες γύρω από το GMF: εάν γύρω από τη συχνότητα εμπλοκής οδοντώσεων (GMF) ενός γραναζιού εμφανιστούν πλευρικές ζώνες που απέχουν μεταξύ τους κατά την ταχύτητα περιστροφής του γραναζιού, αυτό υποδηλώνει βλάβη στο συγκεκριμένο γρανάζι — ραγισμένο δόντι, φθαρμένο δόντι ή εκκεντρικότητα.
- Πλευρικές ζώνες γύρω από τις αρμονικές του GMF: Οι σοβαρές βλάβες συχνά δημιουργούν πλευρικές ζώνες και γύρω από τα 2× και 3× GMF, οπότε το μοτίβο «χτένας» επαναλαμβάνεται γύρω από κάθε αρμονικός.
- Συχνότητα κυνηγετικών δοντιών: σε σύνθετα συγκροτήματα γραναζιών, συγκεκριμένες μη ακέραιες πλευρικές ζώνες στο συχνότητα hunting tooth μπορεί να εντοπίσει ένα σφάλμα που εμφανίζεται μόνο όταν δύο συγκεκριμένα δόντια σε διαφορετικά γρανάζια έρχονται σε επαφή.
Διαγνωστικά ρουλεμάν
Οι πλευρικές ζώνες είναι επίσης ζωτικής σημασίας για την επιβεβαίωση bearing faults, ιδίως ελαττώματα του εσωτερικού δακτυλίου:
- Ένα ελάττωμα στο εσωτερική φυλή περιστρέφεται μαζί με τον άξονα και, καθώς κινείται προς τα μέσα και προς τα έξω από τη ζώνη φόρτισης του ρουλεμάν, το εύρος των κραδασμών που προκαλεί αυξάνεται και μειώνεται.
- Αυτό προκαλεί διαμόρφωση πλάτους της συχνότητας βλάβης του εσωτερικού δακτυλίου, BPFI.
- Το προκύπτον φάσμα δείχνει μια κορυφή στο BPFI με πλευρικές ζώνες με απόσταση ίση με το 1× της ταχύτητας περιστροφής του άξονα. Η παρατήρηση αυτού του μοτίβου αποτελεί ένδειξη πολύ υψηλής αξιοπιστίας για ελάττωμα του εσωτερικού δακτυλίου — και είναι ένας από τους λόγους ανάλυση περιβάλλουσας είναι τόσο αποτελεσματική στην αποδιαμόρφωση αυτών των σημάτων.
Διαγνωστικά ηλεκτρικών κινητήρων
Προβλήματα με τις ράβδους του ρότορα σε έναν επαγωγικό κινητήρα AC μπορούν να προκαλέσουν την εμφάνιση πλευρικών ζωνών γύρω από την κορυφή της ταχύτητας λειτουργίας 1x. Αυτές οι πλευρικές ζώνες είναι κατανεμημένες στο συχνότητα διέλευσης πόλων - το συχνότητα ολίσθησης της ολίσθησης του κινητήρα πολλαπλασιαζόμενη με τον αριθμό των πόλων του κινητήρα — και αποτελούν ένα κλασικό χαρακτηριστικό σπασμένες ράβδοι ρότορα.
4. Σημεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την ανάλυση
Για την αποτελεσματική χρήση της ανάλυσης πλευρικής ζώνης, είναι απαραίτητη η χρήση δεδομένων υψηλής ποιότητας:
- Υψηλή ανάλυση: απαιτείται FFT υψηλής ανάλυσης (για παράδειγμα 3200 ή 6400 γραμμές) για να διακριθούν καθαρά οι κορυφές των πλευρικών ζωνών και να μετρηθεί με ακρίβεια η απόσταση μεταξύ τους. Με χαμηλή ανάλυση, οι πλευρικές ζώνες «αναμιγνύονται» με την κορυφή του φορέα. Η σχέση μεταξύ αριθμού γραμμών, εύρους και ανάλυσης μπορεί να ελεγχθεί με ένα Υπολογιστής διακριτικής ικανότητας FFT.
- Τάσεις: ο αριθμός και το πλάτος των πλευρικών ζωνών αποτελούν έναν καλό δείκτη της σοβαρότητας του σφάλματος. Καθώς το σφάλμα επιδεινώνεται, εμφανίζονται περισσότερες πλευρικές ζώνες και το πλάτος τους αυξάνεται, οπότε η καταγραφή τους με την πάροδο του χρόνου μέσω ανάλυση τάσεων παρακολουθεί την επιδείνωση.
- Ζουμ FFT: το Ζουμ FFT Η λειτουργία zoom σε έναν αναλυτή επιτρέπει στον αναλυτή να μεγεθύνει ένα στενό εύρος συχνοτήτων με πολύ υψηλή ανάλυση, ώστε να επιβεβαιώσει την παρουσία και την απόσταση των πλευρικών ζωνών.
5. Ερμηνεία των αποστάσεων: Από το πρότυπο στη διάγνωση
Η διαγνωστική ισχύς μιας οικογένειας πλευρικών ζωνών έγκειται στην αριθμητική της. Επειδή η απόσταση μεταξύ τους ισούται με τη συχνότητα διαμόρφωσης, ο αναλυτής μπορεί να εργαστεί αντίστροφα από τη «χτένα» προς τον υπαίτιο: απόσταση ίση με το 1× της ταχύτητας του άξονα υποδεικνύει τον συγκεκριμένο άξονα· απόσταση ίση με τη συχνότητα διέλευσης πόλου που σχετίζεται με την ολίσθηση υποδεικνύει την ηλεκτρική κατάσταση του κινητήρα· μη ακέραια απόσταση υποδεικνύει συγκεκριμένο ζεύγος δοντιών. Η εκ των προτέρων μέτρηση της συχνότητας εμπλοκής οδοντώσεων και της αναμενόμενης δομής των πλευρικών ζωνών — για παράδειγμα με ένα ειδικό υπολογιστής συχνότητας εμπλοκής οδοντώσεων — επιτρέπει στον αναλυτή να προβλέψει ακριβώς πού πρέπει να κοιτάξει πριν ανοίξει το φάσμα.
Στο πεδίο, τα μοτίβα αυτά καταγράφονται με έναν φορητό αναλυτή φάσματος που μεταφέρεται από μηχανή σε μηχανή. Ένα όργανο όπως το Balanset-1A μετρά το φάσμα των κραδασμών σε μια μηχανή εν λειτουργία με επαρκώς υψηλή ανάλυση, ώστε να διακρίνει τη σειρά πλευρικών ζωνών γύρω από τη συχνότητα βλάβης ενός γραναζιού ή ενός ρουλεμάν, επιτρέποντας έτσι σε έναν μηχανικό να επιβεβαιώσει τη διάγνωση επιτόπου· και όταν η ίδια μέτρηση αποκαλύπτει ότι το κύριο πρόβλημα είναι απλό ανισορροπία αντί για ελάττωμα σε δόντι ή δακτύλιο, το όργανο περνά κατευθείαν σε επιτόπια ζυγοστάθμιση to correct it.
Όταν ένας αναλυτής εντοπίζει ένα σαφές, συμμετρικό μοτίβο πλευρικών ζωνών στην αναμενόμενη απόσταση, η βεβαιότητα της διάγνωση αυξάνεται από «πιθανό» σε «πολύ πιθανό» — και αυτός ακριβώς είναι ο λόγος για τον οποίο οι πλευρικές ζώνες θεωρούνται ένα από τα πιο αξιόπιστα χαρακτηριστικά στον τομέα αυτό.
