Κούρτωση στην ανάλυση κραδασμών για ανίχνευση σφαλμάτων

Ορισμός: Τι είναι η κύρτωση;

Κούρτωση είναι μια στατιστική παράμετρος που περιγράφει το σχήμα μιας κατανομής πιθανότητας. Στην ανάλυση δόνησης, εφαρμόζεται στο σήμα κυματομορφής χρόνου για να μετρηθεί η «κορυφή» ή «παρορμητικότητά» του. Ένα σήμα με υψηλή κύρτωση χαρακτηρίζεται από αιχμηρές, διακριτές κορυφές ή κρούσεις, ενώ ένα σήμα με χαμηλή κύρτωση είναι πιο επίπεδο ή πιο στρογγυλεμένο. Παρέχει μια ενιαία αριθμητική τιμή που μπορεί να υποδεικνύει μια αλλαγή στον υποκείμενο χαρακτήρα του σήματος δόνησης, ακόμη και αν η συνολική ενέργεια (τιμή RMS) δεν έχει αλλάξει σημαντικά.

Η διαγνωστική αξία της κύρτωσης

Η κύρια αξία της κύρτωσης στην παρακολούθηση της κατάστασης είναι η υψηλή ευαισθησία της σε πρώιμου σταδίου, παρορμητικά σφάλματαΠολλά μηχανικά ελαττώματα ξεκινούν ως μικροσκοπικές ρωγμές ή θρυμματισμούς. Καθώς αυτά τα αναπτυσσόμενα σφάλματα έρχονται σε επαφή, δημιουργούν κρούσεις μικρής διάρκειας, υψηλής συχνότητας. Αυτές οι κρούσεις προκαλούν αιχμηρές κορυφές στην κυματομορφή χρόνου δόνησης, οι οποίες αυξάνουν δραματικά την τιμή κύρτωσης πολύ πριν το σφάλμα μεγαλώσει αρκετά ώστε να επηρεάσει το συνολικό επίπεδο δόνησης RMS του μηχανήματος.

Το Kurtosis είναι επομένως ένα εξαιρετικό εργαλείο για:

• Πρώιμη ανίχνευση σφαλμάτων ρουλεμάν: Είναι μια από τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους για την ανίχνευση των πρώτων σημαδιών θρυμματισμού σε έναν δακτύλιο ρουλεμάν ή σε ένα κυλινδρικό στοιχείο.
• Ανίχνευση σφαλμάτων δοντιού γραναζιών: Ένα ραγισμένο ή σπασμένο δόντι γραναζιού θα παράγει μια ξεχωριστή κρούση μία φορά ανά περιστροφή, η οποία ανιχνεύεται εύκολα από την αυξανόμενη τιμή κύρτωσης.
• Ανίχνευση διαλείποντων τριβών ή χτυπημάτων: Οποιοδήποτε μη ομοιόμορφο, επηρεάζον συμβάν μέσα σε μια μηχανή μπορεί να επισημανθεί με αυτήν τη μέτρηση.

Ερμηνεία Τιμών Κούρτωσης

Η κύρτωση είναι μια κανονικοποιημένη τιμή. Για μια τέλεια Γκαουσιανή (κανονική) κατανομή, η οποία είναι τυπική της τυχαίας δόνησης υποβάθρου σε ένα υγιές μηχάνημα, η τιμή κύρτωσης είναι **3,0**. Οι αποκλίσεις από αυτήν την τιμή είναι διαγνωστικά σημαντικές:

• Κούρτωση ≈ 3.0: Υποδεικνύει ότι η δόνηση είναι τυχαία και Γκαουσιανή, γεγονός που υποδηλώνει κανονική, υγιή λειτουργία.
• Κούρτωση > 3.0: Υποδεικνύει ότι το σήμα γίνεται πιο «κορυφαίο» ή παρορμητικό από το κανονικό. Μια αυξανόμενη τιμή κύρτωσης είναι ένα σαφές προειδοποιητικό σημάδι για την ανάπτυξη συγκρούσεων. Τιμές 5, 10 ή και υψηλότερες είναι συνήθεις όταν υπάρχουν σημαντικά ελαττώματα στα ρουλεμάν ή τα γρανάζια.
• Κούρτωση < 3.0: Υποδεικνύει ότι το σήμα είναι πιο επίπεδο από μια κανονική κατανομή. Αυτό μπορεί μερικές φορές να συμβεί με ορισμένους τύπους τριβής ή όταν το σήμα κυριαρχείται από μια πολύ καθαρή, ημιτονοειδή δόνηση.

Ο κύκλος ζωής της κύρτωσης ενός σφάλματος ρουλεμάν

Κατά την παρακολούθηση ενός σφάλματος ρουλεμάν από την έναρξη έως την αστοχία, η τιμή κύρτωσης συχνά ακολουθεί ένα προβλέψιμο μοτίβο:

1. Υγιές Στάδιο: Η κύρτωση είναι σταθερή και κοντά στο 3.0.
2. Πρώιμο Στάδιο Σφάλματος: Σχηματίζεται ένα μικροσκοπικό ελάττωμα. Παράγονται έντονες, διακριτές κρούσεις, με αποτέλεσμα η κύρτωση να αυξηθεί σημαντικά (π.χ., σε 5,0 ή υψηλότερη). Η συνολική δόνηση RMS ενδέχεται να εξακολουθεί να είναι χαμηλή. Αυτή είναι η ιδανική στιγμή για την ανίχνευση του σφάλματος.
3. Στάδιο ανεπτυγμένου σφάλματος: Καθώς το ελάττωμα μεγαλώνει και εξαπλώνεται, η κρούση γίνεται πιο συχνή και λιγότερο ευδιάκριτη. Το σήμα αρχίζει να μοιάζει ξανά με τυχαίο θόρυβο, αν και σε πολύ υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Κατά συνέπεια, η τιμή κύρτωσης μπορεί να *μειωθεί* και να επιστρέψει προς το 3,0, ενώ το επίπεδο δόνησης RMS αρχίζει πλέον να αυξάνεται δραματικά.
4. Στάδιο όψιμης/αποτυχίας: Το ρουλεμάν έχει υποστεί σοβαρή ζημιά και η δόνηση είναι υψηλή και συχνά τυχαία. Η κύρτωση παραμένει κοντά στο 3,0, αλλά η τιμή RMS είναι πλέον σε συναγερμό.

Αυτός ο κύκλος ζωής υπογραμμίζει γιατί η κύρτωση είναι τόσο πολύτιμη. Το «γλυκό σημείο» για την ανίχνευση βρίσκεται στα πρώιμα στάδια, όταν η κύρτωση αυξάνεται. Η εξάρτηση μόνο από το RMS θα σήμαινε ότι το σφάλμα δεν ανιχνεύεται μέχρι να έχει ήδη γίνει σημαντικό.

Περιορισμοί

Ενώ είναι ισχυρή, η κύρτωση θα πρέπει να χρησιμοποιείται παράλληλα με άλλες τεχνικές όπως η ανάλυση φάσματος και κυματομορφής. Μπορεί να είναι ευαίσθητη σε τυχαία, μη μηχανικά σοκ, επομένως είναι καλύτερο να χρησιμοποιείται ως παράμετρος τάσης. Μια συνεπής αύξηση της κύρτωσης με την πάροδο του χρόνου είναι ένας πολύ πιο αξιόπιστος δείκτης από μια μεμονωμένη υψηλή ένδειξη.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο