Analisi dell'inviluppo (demodulazione) per il rilevamento precoce dei guasti

Definizione: Che cosa è l'analisi dell'inviluppo?

Analisi dell'involucro, noto anche come demodulazione L'inviluppo ad alta frequenza (o inviluppo ad alta frequenza) è una potente tecnica di elaborazione del segnale utilizzata nell'analisi delle vibrazioni per rilevare guasti in fase iniziale nei cuscinetti volventi e nei riduttori. Questi tipi di guasti, come cricche o scheggiature microscopiche, generano una serie di onde di stress a bassa energia e alta frequenza, o "impatti", ogni volta che un elemento volvente passa sopra il difetto. L'analisi dell'inviluppo è un metodo per estrarre questi segnali di impatto ripetitivi dalle vibrazioni di fondo generali della macchina.

Perché la FFT standard non è sufficiente?

L'energia di questi minuscoli impatti iniziali è spesso troppo bassa e a una frequenza troppo alta per essere rilevata in uno spettro di vibrazione standard (FFT). Il segnale è spesso nascosto nel rumore di fondo o sopraffatto da vibrazioni più ampie e a bassa frequenza, provenienti da fonti come sbilanciamento o disallineamento. Gli impatti agiscono come un *modulatore* per le frequenze di risonanza naturali della macchina. L'analisi dell'inviluppo è progettata per demodulare questo segnale e rivelare le frequenze di errore sottostanti.

Il processo di analisi dell'involucro

La tecnica funziona isolando i segnali ad alta frequenza e quindi esaminandone la frequenza di ripetizione. Il processo prevede diversi passaggi:

1. Filtraggio passa-banda: Il segnale di vibrazione grezzo viene prima filtrato attraverso un filtro passa-alto o passa-banda. Questo rimuove tutte le vibrazioni intense a bassa frequenza (ad esempio, inferiori a 1 kHz o 5 kHz) e isola le risonanze ad alta frequenza e le onde di stress associate agli impatti.
2. Rettifica: Il segnale ad alta frequenza filtrato viene quindi rettificato, trasformando sostanzialmente la porzione negativa del segnale in positiva. Questo prepara il segnale all'inviluppo.
3. Inviluppo (filtraggio passa-basso): Al segnale rettificato viene applicato un filtro passa-basso. Questo attenua il segnale portante ad alta frequenza, lasciando solo l'"inviluppo", una forma d'onda che rappresenta il pattern di modulazione di ampiezza, ovvero la frequenza di ripetizione degli impatti originali.
4. FFT dell'inviluppo: Infine, su questo nuovo segnale di inviluppo viene eseguita una trasformata di Fourier veloce (FFT). Lo "spettro di inviluppo" risultante mostra chiaramente la frequenza degli impatti ripetitivi.

Diagnosi dei guasti con lo spettro dell'inviluppo

I picchi nello spettro dell'inviluppo corrispondono al calcolo del cuscinetto frequenze di guastoConfrontando i picchi nello spettro con queste frequenze note, un analista può determinare l'esatta posizione della faglia:

• BPFO (frequenza passaggi palla, corsa esterna): Indica un difetto sulla pista esterna fissa del cuscinetto.
• BPFI (frequenza passaggi palla, corsa interna): Indica un difetto sulla pista interna rotante. Questo picco presenta spesso bande laterali a 1x giri/min perché il difetto si sposta dentro e fuori dalla zona di carico.
• BSF (frequenza di rotazione della palla): Indica un difetto su uno degli elementi volventi (sfere o rulli).
• FTF (Frequenza fondamentale del treno): La frequenza più bassa indica un guasto alla gabbia del cuscinetto che tiene in posizione i rulli.

Allo stesso modo, per i cambi, lo spettro di inviluppo può rivelare picchi alla velocità di rotazione di un ingranaggio che presenta un dente rotto o incrinato, indicando un impatto ripetuto una volta per giro.

Il potere della diagnosi precoce

Il vantaggio principale dell'analisi dell'involucro è la sua sensibilità. Può rilevare guasti a cuscinetti e ingranaggi mesi, o persino un anno, prima che diventino evidenti in uno spettro di velocità standard o generino abbastanza calore da essere rilevati con la termografia a infrarossi. Ciò fornisce un prezioso sistema di allerta precoce, consentendo di pianificare e programmare la manutenzione con interruzioni minime, prevenendo guasti catastrofici e danni secondari.

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