Куртозис во анализа на вибрации за детекција на дефекти
Куртозис е статистички параметар што ја опишува формата на распределбата на веројатноста. Во анализа на вибрации се применува на временски бранов облик за да се измери неговата “зашиленост” или импулсивност. Сигнал со висок куртозис се карактеризира со остри, изразени врвови или удари, додека сигнал со низок куртозис е порамен и позаоблен. Големата практична вредност на куртозисот е тоа што тој ја кондензира оваа особина во еден единствен број што може да сигнализира промена во природата на вибрацискиот сигнал дури и кога вкупната енергија — вредноста на RMS — сè уште не се променила значително.
1. Статистиката зад бројот
Куртозисот е нормализираниот четврт статистички момент на распределбата на амплитудата на сигналот. Бидејќи секое отстапување од средната вредност се степенува на четврти степен пред усреднувањето, повремените големи отскоци — токму оние што ги произведува краток удар — доминираат во резултатот многу повеќе отколку што би доминирале во пресметка на RMS, која користи само втор степен. Токму тој математички акцент на екстремите го прави куртозисот толку чувствителен на кратки, остри преодни појави закопани во инаку скромен сигнал. Всушност, тој одговара на прашање различно од RMS: не “колку енергија има?” туку “колку е зашилен?”
2. Дијагностичката вредност на куртозисот
Примарната вредност на куртозисот во мониторинг на состојбата е неговата висока чувствителност на рани, импулсивни дефекти. Многу механички дефекти започнуваат како микроскопски пукнатини или лупења. Како што овие дефекти во развој доаѓаат во контакт, тие генерираат високофреквентни удари со кратко траење. Тие удари предизвикуваат остри врвови во временската форма на вибрацискиот бран што ја кренуваат вредноста на куртозисот драматично — долго пред дефектот да пораснал доволно за да влијае на вкупното RMS ниво на машината.
Затоа куртозисот е одличен алат за:
- Рано откривање на дефект на лежиштето: тој е еден од најефикасните методи за фаќање на првите знаци на лупење на прстенот на лежиштето или на тркалачкиот елемент, и ја надополнува анализа на обвивката во дијагностиката на лежишта.
- Откривање на дефект на забец на запчаник: напукнат или скршен забец произведува изразен удар еднаш по вртеж, што растечката вредност на куртозисот лесно го открива — корисна вкрстена проверка на дефекти на запчениците.
- Откривање на повремени триења или удари: секој нерамномерен, ударен настан во машината, како на пример триење или механичко разлабавување, се истакнува со ова мерење.
3. Толкување на вредностите на куртозисот
Куртозисот е нормализирана вредност. За совршена Гаусова (нормална) распределба — типична за случајната позадинска вибрација кај здрава машина — вредноста на куртозисот е 3.0. Отстапувањата од оваа бројка се дијагностички значајни:
- Куртозис ≈ 3.0: вибрацијата е случајна и Гаусова, што укажува на нормална, здрава работа.
- Куртозис > 3.0: сигналот станува позашилен или поимпулсивен од нормалното. Растечката вредност е јасно предупредување за удари во развој; вредности од 5, 10 или повисоки се вообичаени кога се присутни значителни дефекти на лежишта или запчаници.
- Куртозис < 3.0: сигналот е порамен од нормалната распределба. Ова може да се случи кај одредени видови триење, или кога сигналот е доминиран од многу чиста, синусоидна вибрација како што е чиста дебаланс.
Вреди да се напомене дека некои инструменти пријавуваат вишок куртозис, кој одзема 3.0 така што здрав Гаусов сигнал чита 0 наместо 3.0. Толкувањето е идентично; само референтната точка се поместува. Куртозисот е тесно поврзан со фактор на врв (crest factor), кој го споредува врвот со RMS и реагира на истите импулсивни настани од малку поинаков агол.
4. Животен циклус на куртозисот кај дефект на лежиште
При следење на дефект на лежиште од настанување до откажување, вредноста на куртозисот често следи предвидлив — и на почетокот контраинтуитивен — образец:
- Здрава фаза: куртозисот е стабилен и близу до 3.0.
- Фаза на ран дефект: се формира микроскопски дефект. Се генерираат остри, изразени удари, што предизвикува куртозисот значително да порасне (на пример до 5.0 или повисоко). Вкупната RMS вибрација сè уште може да биде ниска. Ова е идеалниот момент за откривање на дефектот.
- Фаза на развиен дефект: како што дефектот расте и се шири, ударите стануваат почести и помалку изразени. Сигналот повторно почнува да наликува на случаен шум, иако на многу повисоко енергетско ниво. Следствено, вредноста на куртозисот може да ја намали се врати назад кон 3.0, дури и додека RMS нивото почнува драматично да расте.
- Доцна фаза / фаза на откажување: лежиштето е тешко оштетено и вибрацијата е висока и во голема мера случајна. Куртозисот се задржува близу 3.0, но RMS вредноста сега е во аларм.
Токму овој животен циклус е причината зошто куртозисот е толку вреден. “Златната точка” за откривање е раната фаза кога куртозисот расте; потпирањето само на RMS би го оставило дефектот неоткриен сè додека веќе не станал значителен. Немонотоното однесување е исто така предупредување: отчитување на куртозис што паднало назад на 3.0 само по себе не докажува дека лежиштето е здраво — тоа мора да се чита заедно со трендот на RMS.
5. Мерење на куртозисот на терен
Куртозисот се пресметува директно од чиста, добро семплирана временска форма на бранот, што го прави природен придружник на работата што инженерот веќе ја врши на самото место. Преносен анализатор како што е Balanset-1A ја снима временската форма на вибрацискиот бран и спектар од машина што работи во сопствените лежишта, така што кога потврдена дебаланс се коригира со балансирање на терен истиот сет на податоци може да се прегледа за импулсивните потписи на лежиштата или запчаниците што куртозисот ги изнесува на површина. Следењето на таа вредност низ периодични мерења претвора еднократното отчитување во рано предупредување индикатор.
6. Ограничувања
Колку и да е моќен, куртозисот треба да се користи заедно со други техники како што се спектар и анализа на брановиот облик. Може да биде чувствителен на случајни удари што не потекнуваат од машината, па затоа најдобро е да се третира како тренд параметар, а не како апсолутен праг. Постојаниот пораст на куртозисот со текот на времето е далеку понадежен индикатор отколку едно единствено високо отчитување, а потврдувањето на изворот во спектарот спречува случаен скок да биде погрешно протолкуван како дефект во развој.
