Cepstrum analizė vibracijos diagnostikoje
Cepstrum analizė yra pažangi signalų apdorojimo technika, leidžianti nustatyti periodišką struktūrą viduje dažnių spektras. Pavadinimas „cepstrum“ yra žodžio „spectrum“ anagramma, ir šis žodžių žaismas tiksliai atspindi jo esmę: iš esmės tai yra „spektro spektras“. Jis apskaičiuojamas imant dažnio logaritmą spektras ir tada atlikus rezultato atvirkštinę Furjė transformaciją – veiksmą, kuris sujungia pasikartojančius modelius — grupes harmonikos arba šoninės juostos — į atskirus, lengvai atpažįstamus pikus, kuriuos neapdorotame spektre gali būti sunku išskirti. Sudėtingų mechanizmų, pavyzdžiui, pavarų dėžių, atveju tai suteikia aiškumą, kurio paprastai FFT analizė dažnai to negali.
Cepstrumo diagramoje x ašis vadinama quefrency (žodžio „frequency“ anagramma) ir atitinka laiko vienetus. Šios ašies smailės, vadinamos rahmonika, nurodykite kartojamų modelių, esančių pradiniame spektre, periodą (sekundėmis). Sąmoningai pertvarkyta terminija („cepstrum“, „quefrency“, „rahmonics“) nuolat primena, kad ši technika taikoma srityje, kuri nuo mums pažįstamos skiriasi vienu transformacijos žingsniu.
1. Kodėl verta naudoti kepstrumo analizę?
Standartinis FFT spektras puikiai tinka atskiriems dažnio komponentams identifikuoti, tačiau jis gali tapti perkrautas ir sunkiai įskaitomas, kai gedimas sukelia daug harmonikų ir šoninių juostų vienu metu. Cepstrumo analizė pašalina šį perkrovimą, sujungdama visą vienodais intervalais išdėstytų dažnių grupę į vieną aiškų piką. Jos pagrindinės taikymo sritys yra:
- Harmoninių grupių nustatymas: jis nustato pagrindinį dažnį ir jo harmonikas net ir tuomet, kai pats pagrindinis dažnis spektre yra silpnas arba jo visai nėra.
- Šoninių juostų grupių nustatymas: ji puikiai aptinka mažos amplitudės ir triukšme pasislėpusius šoninius juostinius signalus, aiškiai parodydama jų buvimą ir išmatuodama jų tarpusavio atstumus.
- Šaltinio ir kelio poveikių atskyrimas: kai kuriose taikymo srityse tai padeda atskirti vibracijos šaltinio signalą nuo mašinos konstrukcijos reakcijos, kuri jį iškreipia.
- Aido aptikimas: jis gali išskirti signalo viduje esančius aidus ar atspindžius.
Pagrindinė idėja susijusi su atsivertimu: įprastas spacing dažnių srityje — tarkim, šoninės juostos kas 30 Hz — tampa viena position quefrency srityje (šiuo atveju – rahmonika, kai 1/30 = 0,033 s). Taigi daugybė skirtingo aukščio išsibarsčiusių smailių susiveda į vieną išmatuojamą požymį.
2. Pagrindinės taikymo sritys mašinų diagnostikoje
2.1 Pavarų dėžės diagnostika
Tai yra labiausiai paplitusi ir galingiausia taikymo sritis. Sugadintas krumplių dantis reguliuoja krumpliaračių susikabinimo dažnis (GMF), aplink GMF piką susidaro šoninės juostos, kurių tarpas atitinka gedimo turinčio krumpliaračio sukimosi greitį. Pavarų dėžėje, kurioje yra keli velenai ir krumplių poros, spektras tampa painiu įvairių GMF ir jų šoninių juostų mišiniu. Cepstrumas padeda išsiaiškinti šį sudėtingumą:
- Kai „Quefrency“ rodiklis pasiekia maksimumą, atitinkantį krumpliaračio sukimosi periodą (1 / apsisukimas per minutę), tai aiškiai rodo, kad būtent tas krumpliaračio elementas yra sugedęs, ir leidžia tiksliai nustatyti, kuris velenas yra gedimas, o ne tik patvirtinti, kad „yra problemų su krumpliaračiu“.
- Tos cepstrumo smailės amplitudę galima stebėti, siekiant įvertinti, kaip gear wear vystosi laikui bėgant.
Tai papildo, o ne pakeičia tiesioginius spektrinius tyrimus: a Krumpliaračių sujungimo dažnio skaičiuoklė nurodo, kokių tinklelių ir šoninių juostų dažnių galima tikėtis, o kepstrumas vėliau patvirtina, kuri šeima iš tiesų plinta. Abu šie duomenys padeda nustatyti išsamesnę diagnozę pavarų defektai.
2.2 Ritininių guolių analizė
Guolių defektai taip pat sukelia šonines juostas. Pavyzdžiui, vidinio žiedo defektas sukuria šonines juostas, kurių dažnis, esant veleno greičiui, yra artimas vidinio žiedo defekto dažniui (BPFI) ir jo harmonikas. Cepstrumas padeda patvirtinti šiuos modelius, ypač kai jie nėra akivaizdūs spektre. Praktikoje jis veikia kartu su prognozuojamu guolių gedimų dažniai — lengvai gaunamas iš Guolių gedimų dažnio skaičiuoklė — ir dažnai derinamas su gaubtinės analizė, kuris demoduliuoja aukšto dažnio smūgius, kuriuos sukelia guolių gedimai.
2.3 Turbomašinų analizė
Turbinose ir kompresoriuose cepstrumas gali nustatyti peilio praėjimo dažnis harmonikas ir padeda nustatyti mentės pažeidimus arba aerodinaminis problemos, kai spektrą užpildytų daugybė arti viena kitos esančių su mentėmis susijusių harmonikų.
3. Kaip interpretuoti kepstrumo grafiką
Sistemingas skaitymas vyksta keturiais etapais:
- Pirmiausia apskaičiuokite sukimosi periodus: Prieš nagrinėdami cepstrumą, apskaičiuokite pagrindinių besisukančių komponentų periodus. Velenui, besisukančiam 1800 aps/min (30 Hz) greičiu, periodas yra 1/30 = 0,033 s. A Harmoninių dažnių skaičiuoklė pagreitina visų traukinio velių apsisukimų per minutę (RPM) perskaičiavimą į hercų (Hz).
- Ieškokite smailių žinomais laikotarpiais: išnagrinėti cepstrumą, ieškant reikšmingų harmonikų, kurios sutampa su apskaičiuotais periodais, nes smailė žinomu periodu tiesiogiai nurodo žinomą komponentą.
- Nustatyti harmoninę struktūrą: ieškokite smailių, esančių pagrindinio dažnio sveikųjų kartotinių vietose, kurios rodo stiprias harmoninių serijų grupes pradiniame spektre.
- Atvaizduokite amplitudžių tendencijas: stebėti cepstrumo smailių aukštį laikui bėgant — didėjanti amplitudė rodo būklės pablogėjimą, todėl cepstrumo smailė tampa glaudžiu sveikatos rodikliu tendencija.
4. Cepstrumo vieta diagnostikos priemonių rinkinyje
Kepstrumo analizė yra galingas įrankis, tačiau norint ją tinkamai taikyti, reikia patirties; geriausia ją laikyti vienu iš specializuotų įrankių platesnėje programoje vibracijos diagnostika užduotų klausimų, o ne atskirų atsakymų. Įprasta darbo eiga yra pradėti nuo spektro ir spektrinė analizė, pasinaudokite cepstrumu, kai vaizdą užgožia gausios šoninių juostų ar harmonikų grupės, o guolių poveikį patvirtinkite apgaubos metodais. Dauguma gedimų, kuriuos atskleidžia cepstrumas – krumplių dantų ir guolių defektai – yra diagnostiniai radiniai, o ne balansavimo problemos, todėl cepstrumas taikomas analizės etape, kuris eina prieš bet kokius taisomuosius veiksmus. Jei paaiškėja, kad pagrindinė problema yra disbalansas ties darbinis greitis, nešiojamas analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A matuoja 1× amplitudę ir fazę, reikalingas gedimui pašalinti vietoje, tuo tarpu cepstrumas lieka sutelktas į pavarų ir guolių gedimus, kuriuos jis diagnozuoja geriausiai. Sudėtingos įrangos atveju toks derinys užtikrina diagnostikos aiškumą, kurio negalima pasiekti vien spektrine analize.
