Šoninių juostų supratimas vibracijos analizėje
Šoninės juostos yra nedideli dažnio smailės, atsirandančios FFT spektras vienodais atstumais abiejose pusėse nuo didesnio centrinio viršūnių masyvo, žinomo kaip nešlio dažnis. Jų buvimas yra neabejotinas ženklas, kad moduliacija — būklė, kai vienas signalas „įspaudžiamas“ į kitą — o šoninių juostų tarpas lygus moduliuojančio signalo dažniui. Kadangi šis tarpas tiesiogiai nurodo atsakingą besisukantį elementą, šoninės juostos yra vieni iš galingiausių ir aiškiausių diagnostinių požymių vibracijos analizė, ypač pavarų dėžė ir guolis gedimų nustatymas.
1. Kas yra šoninės juostos: moduliacija spektre
Moduliacija yra iš radijo gerai žinoma sąvoka, o jos veikimo principas pavarų dėžėje yra toks pat. Pastovaus aukšto dažnio signalo (nešlio) stiprumas kinta dėl lėčiau pasikartojančio reiškinio (moduliatoriaus); spektre šie svyravimai neišsklaido nešlio piko – jie paskirsto energiją į simetrinius šalutinius pikus. Pats nešlis paprastai yra priverstinis virpesys susidaro įprasto veikimo metu, o moduliatorius atspindi gedimo turinčio komponento ritmą, pasikartojantį kartą per apsisukimą. Būtent šio modelio atpažinimas skiria tikrą diagnozę nuo spėjimo.
2. Kaip generuojami šoniniai juostos
Šoninės juostos susidaro, kai pagrindinio vibracijos signalo – nešlio – amplitudė laikui bėgant keičiasi dėl antrojo, lėtesnio signalo – moduliatoriaus. Klasikinis pavyzdys – sugedęs krumplių dantis:
- Svetainė Krumpliaračių sujungimo dažnis (GMF) yra nešiojamoji banga. Tai aukšto dažnio signalas, susidarantis dėl įprasto krumplių dantų sąveikos.
- Vienas įtrūkęs dantukas toje krumpliaračio dalyje sukelia smūgį kartą per apsisukimą. Kiekvieną kartą, kai šis pažeistas dantukas įsikabina, tas smūgis moduliuoja – keičia – GMF signalo amplitudę.
- Svetainė sukimosi greitis todėl pavaros dažnis yra moduliavimo dažnis.
FFT spektre matomas didelis pikas ties GMF (nešlio dažniu), kurį iš abiejų pusių supa mažesni šoninių juostų pikai, išsidėstę per krumpliaračio sukimosi dažnį. Šis modelis ne tik patvirtina gedimo buvimą, bet ir tai, kad jis yra būtent tame konkrečiame krumpliaračio elemente. Šį ryšį atspindi paprasta formulė:
Šoninės juostos dažnis = nešlio dažnis ± (n × moduliavimo dažnis), kur n = 1, 2, 3 ...
Taigi virš ir po nešančiojo signalo esančių smailių grupė sudaro tolygiai išdėstytą „šuką“, o išmatavus tarpą hercais – ir vėliau perskaičiavus jį į apsisukimus per minutę – analitikas gali tiksliai nustatyti, kuris velenas veikia netinkamai.
3. Pagrindinės taikymo sritys mašinų diagnostikoje
Pavarų dėžės diagnostika
Tai yra pagrindinė šoninių juostų analizės taikymo sritis.
- Šoninės juostos aplink GMF: jei aplink krumpliaračio GMF atsiranda šoninės juostos, kurių tarpas atitinka krumpliaračio sukimosi greitį, tai rodo, kad krumpliaračio gedimas – įtrūkęs dantis, nusidėvėjęs dantis arba ekscentriškumas.
- Šoninės juostos aplink GMF harmonikas: didelės geomagnetinės audros dažnai sukelia šonines juostas ir aplink 2× bei 3× GMF, todėl šis „šukų“ modelis kartojasi aplink kiekvieną harmoninis.
- Medžioklės dantų dažnis: sudėtinguose pavarų komplektuose tam tikros ne sveikųjų skaičių šoninės juostos medžioklės dažnumas gali tiksliai nustatyti gedimą, kuris atsiranda tik tada, kai susiliečia du konkretūs skirtingų krumplių dantys.
Ritininės guolių diagnostika
Šoninės juostos taip pat yra labai svarbios norint patvirtinti guolių gedimai, ypač vidiniai rasiniai trūkumai:
- Defektas ant vidinė rasė sukasi kartu su velenu, o jam judant į guolio apkrovos zoną ir iš jos, jo sukeliamų smūgių amplitudė didėja ir mažėja.
- Tai sukelia vidinio žiedo gedimo dažnio amplitudinę moduliaciją, BPFI.
- Gautas spektras rodo piką ties BPFI su šoninės juostos, išdėstytos 1 kartą didesniu atstumu nei veleno sukimosi greitis. Šio modelio pastebėjimas yra labai patikimas vidinio lenktynių defekto rodiklis – ir tai yra viena iš priežasčių gaubtinės analizė yra toks veiksmingas demoduliuojant šiuos signalus.
Elektros variklių diagnostika
Dėl kintamosios srovės asinchroninio variklio rotoriaus strypų problemų aplink 1x veikimo greičio piką gali atsirasti šoninių juostų. Šios šoninės juostos yra išdėstytos poliaus praėjimo dažnis - ... slydimo dažnis variklio galios, padaugintos iš variklio polių skaičiaus, ir yra klasikinis požymis sugedę rotoriaus strypai.
4. Analizės aspektai
Norint efektyviai naudoti šoninių juostų analizę, būtini aukštos kokybės duomenys:
- Didelė skiriamoji geba: norint aiškiai matyti šoninių juostų smailes ir tiksliai išmatuoti jų tarpus, reikalinga didelės skiriamosios gebos FFT (pavyzdžiui, 3200 arba 6400 eilučių). Esant mažai skiriamajai gebai, šoninės juostos „susilieja“ su nešančiojo signalo smile. Eilučių skaičiaus, diapazono ir skiriamosios gebos santykį galima patikrinti naudojant FFT skiriamosios gebos skaičiuoklė.
- Tendencijos: šoninių juostų skaičius ir amplitudė yra geras gedimo sunkumo rodiklis. Gedimui didėjant, atsiranda daugiau šoninių juostų, o jų amplitudė didėja, todėl jas registruojant laikui bėgant per tendencijų analizė stebi būklės blogėjimą.
- Mastelio keitimo FFT: . Mastelio keitimo FFT Analizatoriaus funkcija leidžia analitikui labai didele skiriamąja geba padidinti siaurą dažnių diapazoną, kad būtų galima patvirtinti šoninių juostų buvimą ir tarpus.
5. Tarpų analizė: nuo modelio iki diagnozės
Šoninių juostų grupės diagnostinis pajėgumas glūdi jos aritmetikoje. Kadangi tarpai atitinka moduliacijos dažnį, analitikas gali eiti atgal nuo krumpliaračio iki gedimo šaltinio: tarpai, esant 1× veleno greičiui, rodo, kad problema susijusi su velenu; tarpai, esant slydimo sukeltam polių perėjimo dažniui, rodo, kad problema susijusi su variklio elektrine būkle; netikslūs tarpai rodo, kad problema susijusi su konkrečia dantų pora. Iš anksto išmatuojant krumplių sąveikos dažnį ir jo numatomą šoninės juostos struktūrą — pavyzdžiui, naudojant specialią krumpliaračių sujungimo dažnio skaičiuoklė — leidžia analitikui tiksliai numatyti, kur reikia ieškoti, dar prieš atidarant spektrą.
Lauke šie signalų modeliai fiksuojami nešiojamuoju spektro analizatoriumi, kurį nešiojasi nuo vienos mašinos prie kitos. Toks prietaisas kaip Balanset-1A matuoja veikiančio įrenginio vibracijos spektrą pakankamai aukšta skiriamąja geba, kad būtų galima išskirti šoninių juostų šuką aplink krumplių sąveikos arba guolio gedimo dažnį, todėl inžinierius gali patvirtinti diagnozę vietoje; o kai tas pats tyrimas rodo, kad pagrindinė problema yra paprasta disbalansas ne dėl danties ar lenktynių trūkumo, o prietaisas tiesiog patenka į lauko balansavimas jį ištaisyti.
Kai analitikas aptinka aiškų, simetrinių šoninių juostų modelį numatytu atstumu, tikimybė, kad diagnozė padidėja nuo „galimo“ iki „labai tikėtino“ – būtent todėl šoninės juostos laikomos vienu iš patikimiausių atpažinimo požymių šioje srityje.
