Muutuva kiirusega masinate järguanalüüsi mõistmine
Järguanalüüs on spetsialiseerunud vibratsioonianalüüs meetod, mis on loodud masinate jaoks, mis ei tööta ühe kindla püsikiirusega. Selle asemel, et kujutada amplituudi fikseeritud sagedusteljel (Hz või CPM), kujutatakse amplituudi järgud — võlli hetkelise väärtuse kordajad töökiirus. Esimese järgu vibratsioon tekib täpselt kiirusel 1× (töökiirus), teise järgu vibratsioon tekib kiirusel 2× ja nii edasi. Kuna analüüs seotakse pigem võlliga kui kellaga, hoiab järguanalüüs kiirusega seotud komponendid selgelt eristatavana, olenemata sellest, kas masin kiirendab või liigub vabajooksul.
1. Mõiste: Mis on tellimus?
Üks järk on põhipöörlemiskiiruse harmooniline komponent. Kuna paljud masinavigad tekitavad vibratsiooni võlli kiiruse täisarvuliste kordsetena, seostub spektri väljendamine järkudes iga piigi otse füüsilise põhjusega. Esimene järk kannab peaaegu alati tasakaalustamatus; teine järk on klassikaline näitaja joondusviga ja teatud lõdvestumistingimused; suuremad täisarvulised järjekorrad on seotud hammasratasvõrk, tiivik või blade-pass sündmused, mis on seotud rootori elementide arvuga. Mitte-täisarvuliste (murdarvuliste) järjekordade märge subsünkroonne sellised nähtused nagu õlipööris või rihmade defektid. Lühidalt öeldes on järgude telg diagnostiline kaart, mis liigub koos rootoriga.
2. Miks standardne FFT ei sobi muutuva kiirusega masinate puhul
Tavapärane Kiire Fourier' teisendus (FFT) mõõdab vibratsiooni kindla ajavahemiku jooksul aeg ja eeldab, et kiirus on selle ajavahemiku jooksul konstantne. Püsikiirusega masina puhul on see ideaalne. Kuid kui võll andmete kogumise ajal kiireneb või aeglustub, triivib iga kiirusega seotud komponent salvestamise ajal üle spektri. Selle energia valgub paljudele naabersagedusribadele laiali, tekitades puhta joone asemel laia, madala ja ähmase kühmu. 1× tasakaalustamatuse piik, mis peaks spektri kohale kerkima, võib tasanduda müraks — seda on võimatu täpselt lugeda ja see on kasutamatu trendide jälgimine. See laimamine on sama mehhanism, mis seisab spektraalne leke, mida võimendab pöörlemiskiiruse muutumine. Järguanalüüs töötati välja just selle probleemi lahendamiseks.
3. Lahendus: järgu jälgimine
Selle võimaldav tehnika on järgujälgimine, ning see sõltub teisest sisendist: a tahhomeeter (või „tahhomeeter”), mis edastab võllilt ühe impulsi iga pöörde kohta. Analüsaator kasutab ajabaasina just seda impulsside jada – mitte oma sisemist kristallkella. Selle asemel, et võtta proove kindlate ajavahemike järel (näiteks iga millisekundi järel), võtab ta proove kindlate nurgeline intervallid (näiteks iga pöördenurk). Seda nimetatakse ümberdiskreetimine nurkvaldkonnas.
Kasutusel on kaks meetodit. Riistvaraline (sünkroonne) proovivõtt juhib analoog-digitaalmuundurit otse tahhomeetri impulsi faasilukustatud kordajast, nii et iga pöörde kohta saadakse alati sama arv proove. Arvutipõhine (tarkvaraline) tellimuste jälgimine võtab proove kindla kõrge sagedusega ning interpoleerib salvestuse seejärel digitaalselt võrdse nurga sammudeks, kasutades salvestatud tahhomeetri ajastust. Mõlemal juhul väljendatakse saadud teisendust järkudes, mitte hertsides. Kui masina kiirus muutub, jääb 1× joon 1. järgu vahemikku pika ja kitsa piigina – laialivalgumine kaob. Tahhomeeter edastab ka faas viide, mis võimaldab analüsaatoril luua Bode ja Nyquist joonised kiirenduse ajal.
Põhiidee: järjekorra analüüs seob andmete kogumise võlliga nurk selle asemel, et aeg, mistõttu püsib kiirusega sünkroniseeritud vibratsioon terav igal pöörlemiskiirusel.
4. Peamised rakendused
Kiiruse analüüs on hädavajalik kõikjal, kus kiirus ei ole konstantne:
- Sõidukite ja mootorite katsetamine: mootori, käigukasti ja jõuülekande vibratsiooni vähendamine kogu pöörlemiskiiruse vahemikus.
- Tuuleturbiinid: rootori pöörlemiskiirus kohandub pidevalt tuule kiirusega, mistõttu kindla sagedusega vaade on mõttetu — järguanalüüs on hädavajalik.
- Kiirenduse ja vabakäigu analüüs: vibratsiooni registreerimine masina käivitumisel või seiskumisel on tõhus viis asukoha kindlaksmääramiseks kriitilised kiirused ja resonantsid; tellimuse jälgimine hoiab tulemuse aeglustuskäik graafikud on selged ja loetavad.
- Kolbmootorid: kompressorid ja mootorid, mille hetkeline pöörlemiskiirus kõigub iga töötsükli jooksul.
- Rasketehnika ja liikuv tehnika: pinnasetöömasinad, kaevandussõidukid ja muud muutuva kiirusega ajamid.
5. Kuidas kuvatakse tellimuste analüüsiandmeid
Tulemusi saab vaadata mitmes üksteist täiendavas vormingus:
- Järguspekter: amplituud versus järk – nagu tavaline FFT, kuid x-teljel on esitatud järgud.
- Kaskaad või kaskaad graafik: kolmemõõtmeline järguspektrite kogum, mis näitab, kuidas iga järgu amplituud kiiruse muutudes areneb.
- Bode krunt: ühe jälgitava signaali amplituudi ja faasi graafiline esitus masina pöörlemiskiiruse suhtes – see on kiirenduse ja aeglustuse katsete alus.
- Campbelli diagramm: järgujooned on asetatud süsteemi omavõnkesageduste peale, nii et resonants ilmub kõikjal, kus järgujoon ristub omavõnkesageduse joonega.
A jälgimisfilter võimaldab reaalajas eraldada ühe järgu viimistlustöödeks ning Campbelli diagrammi kalkulaator aitab enne katsetamist ennustada, kus need ristumised toimuvad.
6. Tellimuste analüüs praktilises välitöös
Tootmisruumis on tellimuste analüüs aluseks tootmisvoo tasakaalustamisel masinatel, mis ei suuda püsida ühtlasel kiirusel. Kahekanaliline kaasaskantav mõõteriist, nagu näiteks Balanset-1A kasutab oma optilist lasertahhomeetrit, et seostada vibratsioonianalüüsi andmed võlli asendiandmetega, mistõttu mõõdab see 1× tasakaalustamatuse komponenti välitasakaalustamine püsib puhas isegi ventilaatori või pumba puhul, mille pöörlemiskiirus koormuse all kõigub. Sama tahhomeetrile tuginev meetod võimaldab analüsaatoril eraldada kiirusega sünkroonse 1× piigi kindla sagedusega mürast, nagu näiteks laagririkete sagedused, pakkudes usaldusväärset näitu raskekoha kohta. Sisuliselt muudab järguanalüüs muutuva pöörlemiskiirusega masina vibratsiooniandmed insenerile kasutatavaks teabeks — diagnoosides täpselt iga eri kiirustel töötava rootori seisukorda.
