Cepstrum analīze vibrācijas diagnostikā
Cepstrum analīze ir moderns signālu apstrādes paņēmiens, kas atklāj periodisku struktūru iekšā frekvenču spektrs. Nosaukums „cepstrum“ ir vārda „spectrum“ anagramma, un šis vārdu spēle precīzi atspoguļo tā būtību: būtībā tas ir „spektra spektrs“. To aprēķina, ņemot frekvences logaritmu spektrs un pēc tam veicot rezultāta apgriezto Fūriera transformāciju — darbību, kas samazina atkārtojošos modeļus — grupas harmonikas vai sānu joslas — atsevišķos, viegli saskatāmos maksimumos, kurus neapstrādātā spektrā var būt grūti izšķirt. Kompleksām iekārtām, piemēram, reduktoriem, tas nodrošina skaidrību, ko parastais FFT analīze bieži vien to nespēj.
Cepstruma diagrammā x-asi sauc par kvēcīgums (anagramma vārdam „frekvence”) un izsaka laika vienības. Šīs ass maksimumi, ko sauc par rahmonika, norādiet atkārtojošos modeļu periodu — sekundēs —, kas sastopami sākotnējā spektrā. Apzināti pārveidotais terminu krājums (cepstrum, quefrency, rahmonics) pastāvīgi atgādina, ka šī metode darbojas jomā, kas atrodas vienu transformāciju attālumā no mums pazīstamās.
1. Kāpēc izmantot cepstruma analīzi?
Standarta FFT spektrs ir lieliski piemērots atsevišķu frekvenču komponentu identificēšanai, taču tas var kļūt pārblīvēts un grūti nolasāms, ja defekts vienlaikus rada daudzus harmoniskos un sānu joslas. Cepstruma analīze novērš šo pārblīvētību, apvienojot veselu vienmērīgi izkliedētu frekvenču grupu vienā skaidrā maksimumā. Tās galvenie pielietojumi ir:
- Harmonisko grupu noteikšana: tas nosaka pamatfrekvenci un tās harmonikas pat tad, ja pati pamatfrekvence spektrā ir vāja vai vispār nav sastopama.
- Sānu joslu grupu identificēšana: tas izceļas ar spēju atrast sānu joslas ar mazu amplitūdu, kas ir apslēptas trokšņos, skaidri parādot to klātbūtni un nosakot to attālumu.
- Avota un ceļa ietekmes nošķiršana: dažos gadījumos tas palīdz atdalīt vibrācijas avota signālu no mašīnas konstrukcijas reakcijas, kas to ietekmē.
- Atbalss noteikšana: tas spēj atšķirt signālā esošos atskaņojumus vai atspoguļojumus.
Galvenā ideja ir saistīta ar pārveidošanu: regulārs atstarpes frekvenču jomā — piemēram, sānu joslas ik pēc 30 Hz — kļūst par vienu position kvantitātes jomā (šajā gadījumā rahmonis ar 1/30 = 0,033 s). Tādējādi daudzi izkliedēti pīķi ar atšķirīgu augstumu tiek reducēti uz vienu izmērāmu raksturlielumu.
2. Galvenās pielietojuma jomas mašīnu diagnostikā
2.1 Pārnesumkārbas diagnostika
Šī ir visizplatītākā un visefektīvākā pielietojuma joma. Bojāts zobrata zobs ietekmē zobratu sazobes frekvence (GMF), veidojot ap GMF maksimumu sānu joslas, kuru attālums atbilst bojātā zobrata rotācijas ātrumam. Pārnesumkārbā ar vairākiem vārpstiem un zobratu pāriem spektrs kļūst par sarežģītu dažādu GMF un to sānu joslu maisījumu. Cepstrums ļauj izvairīties no šīs sarežģītības:
- Kvantitatīvā svārstību amplitūda, kas atbilst zobrata rotācijas periodam (1 / apgr./min.), ir skaidrs rādītājs par konkrētā zobrata bojājumu, precīzi norādot uz bojāto vārpstu, nevis vienkārši apstiprinot, ka „ir problēma ar zobratu“.
- Šī cepstra maksimuma amplitūdu var izmantot, lai novērotu, kā pārnesumu nodilums laika gaitā attīstās.
Tas drīzāk papildina, nevis aizstāj tiešo spektrālo darbu: a Zobratu sazobes frekvences kalkulators norāda, kādas sieta un sānu joslas frekvences var sagaidīt, un cepstrums pēc tam apstiprina, kura ģimene patiesībā attīstās. Abi šie faktori veido pamatu pilnīgākai diagnozei pārnesumu defekti.
2.2 Rullīšu gultņu analīze
Arī gultņu defekti rada sānu joslas. Piemēram, defekts iekšējā gredzenā rada sānu joslas, kuru atstarpes, ņemot vērā vārpstas apgriezienus, atbilst iekšējā gredzena defekta frekvencei (BPFI) un tā harmoniskajiem. Cepstrums palīdz apstiprināt šos modeļus, it īpaši gadījumos, kad tie spektrā nav skaidri saskatāmi. Praksē tas darbojas kopā ar prognozēto gultņu defektu frekvences — viegli iegūstams no Gultņu defektu biežuma aprēķinātājs — un to bieži lieto kopā ar aploksnes analīze, kas demodulē augstfrekvences triecienus, ko izraisa gultņu defekti.
2.3 Turbomašīnu analīze
Turbīnās un kompresoros cepstrums var identificēt asmeņu pagriezienu skaits harmoniskās svārstības un palīdz diagnosticēt lāpstiņu bojājumus vai aerodynamic problēmas, kurās citādi spektru pārblīvētu daudzas cieši izvietotas ar lāpstiņām saistītas harmonikas.
3. Kā interpretēt cepstra diagrammu
Disciplinēta lasīšana noris četros posmos:
- Vispirms aprēķiniet rotācijas periodus: Pirms pievērsties cepstrumam, aprēķiniet galveno rotējošo komponentu periodus. Vārpstai ar 1800 apgr./min. (30 Hz) periods ir 1/30 = 0,033 s. A Harmonisko frekvenču kalkulators paātrina apgriezienu skaita (RPM) pārrēķināšanu hercos (Hz) katram vilciena vārpstas elementam.
- Meklējiet maksimumus zināmos periodos: izpētīt cepstrumu, meklējot nozīmīgas harmonikas, kas sakrīt ar aprēķinātajiem periodiem, jo maksimums zināmā periodā tieši norāda uz zināmu komponenti.
- Noteikt harmonisko struktūru: meklējiet maksimumus, kas atrodas pamatfrekvences veselos daudzkārtņos, jo tie norāda uz spēcīgām harmonisko viļņu grupām sākotnējā spektrā.
- Amplitūdu tendences: novērot cepstra virsotņu augstumu laika gaitā — amplitūdas pieaugums liecina par stāvokļa pasliktināšanos, tādējādi padarot cepstra virsotni par ērtu veselības rādītāju tendences.
4. Cepstruma vieta diagnostikas instrumentu kopumā
Cepstruma analīze ir efektīva metode, taču tās pareizai lietošanai nepieciešama pieredze; to vislabāk uzskatīt par vienu no specializētajiem instrumentiem plašākā programmā vibrācijas diagnostika nevis kā atsevišķu atbildi. Parasti darba gaita ir tāda, ka sāk ar spektru un spektrālā analīze, izmantojiet cepstrumu, ja blīvas sānu joslu vai harmonisko svārstību grupas apgrūtina situācijas izpratni, un gultņu ietekmi apstipriniet ar amplitūdas metožu palīdzību. Lielākā daļa defektu, ko atklāj cepstrums — zobratu zobu un gultņu defekti — ir diagnostiski konstatējumi, nevis balansēšanas problēmas, tāpēc cepstrums tiek izmantots analīzes posmā, kas notiek pirms jebkādu korektīvo pasākumu veikšanas. Ja pamatproblēma izrādās nelīdzsvarotība plkst. darba ātrums, piemēram, tāds portatīvais analizators kā Balanset-1A izmēra 1× amplitūdu un fāzi, kas nepieciešama, lai veiktu korekciju uz vietas, savukārt cepstrums paliek vērsts uz zobratu un gultņu defektiem, kurus tas spēj vislabāk diagnosticēt. Sarežģītām mašīnām šī kombinācija nodrošina diagnostikas precizitāti, ko nevar sasniegt, izmantojot tikai spektra analīzi.
