Laiko bangos forma: vibracijos analizės pagrindas
Svetainė laiko bangos forma — dar vadinamas laiko srities signalu — yra neapdorotas, pirminis signalas, gaunamas tiesiai iš vibracijos keitiklis pvz. akselerometras arba artumo zondas. Tai yra grafikas, kuriame pavaizduotas momentinis amplitudė iš vibracija vertikaliojoje (Y) ašyje, o laikas – horizontaliojoje (X) ašyje. Kitaip tariant, tai yra tiesioginis, kiekvieną akimirką atspindintis vaizdas, rodantis fizinį mašinos judėjimą pirmyn ir atgal jutiklio vietoje per trumpą laiko intervalą – tai pirminis įrašas, iš kurio gaunami visi kiti duomenų vaizdai.
1. Apibrėžimas: Kas yra laiko bangos forma?
Prieš atliekant bet kokį matematinį apdorojimą, jutiklis generuoja nuolat kintančią įtampą, proporcingą judesiui. Kai ši įtampa matuojama ir pateikiama laiko atžvilgiu, gaunamas laiko signalo grafikas. Tai yra pačia tiesiogiausia vibracijos išraiška: niekas nebuvo išlyginta, filtruota ar transformuota. Visos kitos analitiko naudojamos priemonės – spektras, statistiniai rodikliai, orbitų grafikai – yra apskaičiuojamos iš šis signalas, todėl bangos formos supratimas yra visų vibracijos analizė.
Kadangi ji išsaugo tikrąją įvykių seką, bangos forma atsako į klausimą, į kurį dažnių sritis atsakyti negali: ne tik kuris dažniai yra, bet tiksliai kai ir kaip sunku kiekvienas įvykis paliko įspūdį.
2. Laiko signalo vaidmuo diagnostikoje
Nors dažnių spektras (FFT) yra pagrindinė priemonė, skirta diagnozuoti daugumą pastoviosios būsenos mašinų gedimų, o laiko signalo kreivė yra nepakeičiama ir papildanti priemonė. FFT apskaičiuoja dažnių sudėtį vidurkis per visą imties trukmę, o tai gali išblukinti arba paslėpti trumpalaikius, praeinančius ar neperiodinius įvykius. Bangos forma tiksliai parodo, kas vyko nuo vieno momento iki kito, todėl ji yra pranašesnė analizuojant:
- Staigūs įvykiai: tai aiškiai rodo staigius pokyčius, kurie dažnai yra pirmasis požymis, kad guolis arba pavarų defektai.
- Moduliacija ir ritmas: klasikinis pakilimo ir nuosmukio modelis plakimas aiškiausiai matomas laiko bangos formoje.
- Trumpalaikiai reiškiniai: ji gali užfiksuoti atsitiktinius, vienkartinius įvykius, kuriuos FFT tiesiog išlygintų.
- Signalo apribojimas: jis iš karto parodo, ar jutiklio signalas viršijo analizatoriaus įvesties diapazoną – tokia situacija visiškai panaikintų FFT rezultatus.
- Įtrynimai: aštrus, iškraipytas rotoriaus trynimas dažniausiai geriausiai matoma iš signalo formos.
Dėl šios priežasties patyręs analitikas visada vertina ir spektrą, ir laiko signalą kartu; remdamasis tik vienu iš jų, jis praleidžia dalį informacijos apie įrenginį.
3. Kaip analizuoti laiko signalo formą
Skaityti signalo formą reiškia išnagrinėti jos formą ir keletą pagrindinių charakteristikų. Taip pat svarbūs ir įrašymo parametrai – matavimo atkarpa turi būti pakankamai ilga, kad apimtų kelis veleno apsisukimus, o diskretizacijos dažnis – pakankamai didelis, kad būtų išvengta Aliasingas aukšto dažnio komponentų, kuriuos generuoja vaisiai.
Didžiausia amplitudė
Didžiausia amplitudė — pikas — tai tiesioginis didžiausios jėgos ar įtempimo įvykio metu matas. Didelis pikas, esantis kitaip mažos energijos signale, yra aiškus smūgio požymis. Kadangi smūgiai trunka labai trumpai, analitikai dažnai atsižvelgia į tikroji viršūnė užduotų išlygintos vertės, ir gali ją nurodyti nuo piko iki piko pagal poslinkio signalus.
Bendra forma
Sveika, gerai subalansuota mašina paprastai generuoja švarų sinusoidinį signalą bėgimo greitis dažnis. Tokios formos iškraipymai rodo kitų dažnių ar jėgų buvimą. Pavyzdžiui, „išlygintas“ arba „nukirptas“ vaizdas yra klasikinis požymis mechaninis laisvumas, kur komponento judėjimas yra fiziškai ribojamas judėjimo ribose.
Pasikartojantys modeliai ir periodiškumas
Užvedęs žymeklius ant diagramos, analitikas gali išmatuoti laiką tarp pasikartojančių įvykių.
- Laikas tarp didžiausių smailių rodo laikotarpis pagrindinio virpėjimo, kuris tiesiogiai virsta jo dažnis (Dažnis = 1 / Periodas).
- Mažesni, pasikartojantys impulsai, „plaukiantys“ ant pagrindinės bangos formos, gali padėti nustatyti tikslią guolio ar krumpliaračio gedimo pasikartojimo dažnį – dažnai dar prieš tai, kai tas gedimas tampa aiškiai matomas spektre.
Statistiniai rodikliai
Iš bangos formos apskaičiuoti rodikliai yra galingi ir glausti diagnostiniai rodikliai:
- RMS (vidutinė kvadratinė vertė): matuoja bendrą signalo energijos kiekį ir stebi bendrą intensyvumą.
- Pikinis koeficientas: maksimalios amplitudės ir vidutinės kvadratinės vertės santykis. Didelis amplitudės koeficientas (gerokai viršijantis 3) rodo stiprų smūgį, nors bendras energijos lygis yra gana nedidelis.
- ekscesas: signalo „smailumo“ rodiklis, kuris yra labai jautrus ankstyvosioms guolių gedimų stadijoms ir dažnai padidėja anksčiau nei vidutinė kvadratinė vertė (RMS).
4. Signalo formos užfiksavimas lauke
Signalo forma yra naudinga tik tuomet, jei ji aiškiai užfiksuota veikiančiame įrenginyje. Nešiojamas dviejų kanalų matavimo prietaisas, pavyzdžiui, Balanset-1A įrašo neapdorotą laiko srities signalą iš savo akselerometrų kartu su FFT spektru, todėl analitikas gali vietoje perjungti tarp dviejų to paties matavimo vaizdų. Stebint tiesioginį signalo grafiką, kai mašina veikia, iš karto tampa aišku, ar signalas nėra perkrautas, ar nėra staigių smūgių ir ar užfiksuotas laiko intervalas yra pakankamai ilgas ir stabilus, kad juo būtų galima pasitikėti – tai patikrinti vien tik pagal apdorotą spektrą yra kur kas sudėtingiau.
5. Signalo forma ir spektras: sąveika
Laiko kreivė ir dažnių spektras – tai du skirtingi tų pačių duomenų vaizdai, kurie geriausiai veikia ne konkuruodami tarpusavyje, o derindami savo savybes:
- Svetainė spektras puikiai atskiria kelis arti vienas kito esančius pastovaus režimo dažnius — pavyzdžiui, atskiria bėgimo greitį harmonikos iš netoliese esančios krumplių sąrankos dalies.
- Svetainė bangos forma puikiai atskleidžia tikrąjį poveikio mastą ir nestacionarių reiškinių pobūdį.
Paprastas pavyzdys padeda geriau įsivaizduoti šį bendradarbiavimą: dažnių spektre gali matytis tik šiek tiek padidėjęs foninis triukšmas, o bangos forma atskleidžia, kad priežastis yra besivystančio guolio gedimo sukeliami mažos amplitudės pasikartojantys smūgiai. Vienas vaizdas signalizuoja, kad kažkas pasikeitė; kitas paaiškina, kas būtent. Kartu jie sudaro išsamų mašinos būklės vaizdą.
