कंपन विश्लेषणाद्वारे गिअर दोषांचे निदान
गिअरमधील दोष हे झीज आणि क्षतीचे प्रकार आहेत — दात झिजणे, तडे, उत्केंद्रता (eccentricity), विमिलन (misalignment) — जे संपूर्ण औद्योगिक यंत्रसामग्रीमध्ये शक्ती प्रेषणासाठी वापरल्या जाणाऱ्या गिअरसेट्समध्ये विकसित होतात. गिअरच्या दातांचे मेशिंग ही मूळतःच गोंगाटयुक्त आणि कंपनशील प्रक्रिया असते, त्यामुळे निरोगी गिअर अत्यंत स्पष्ट आणि स्थिर कंपन सिग्नेचर निर्माण करतात; त्या सिग्नेचरपासूनचे कोणतेही विचलन हे अडचणीचे प्रबळ निदर्शक असते. कारण कंपन विश्लेषण ही विचलने अत्यंत प्रारंभिक टप्प्यावरच ओळखू शकते, त्यामुळे गिअरबॉक्सच्या आपत्कालीन निकामीत रूपांतरित होण्याच्या खूप आधीच ते गिअर दोष पकडते.
1. गिअरचे कंपन सिग्नेचर
प्रत्येक गिअरसेटला वारंवारता क्षेत्रात (frequency domain) एक वैशिष्ट्यपूर्ण ठसा (fingerprint) असतो, जो दात ज्या दराने एकमेकांत गुंततात त्याद्वारे वर्चस्व राखतो आणि प्रत्येक शाफ्टच्या परिभ्रमणाशी जोडलेल्या क्रियाकलापांनी वेढलेला असतो. म्हणूनच निरोगी गिअरबॉक्सचे आधारभूत (baseline) मापन हे विश्वासार्हता कार्यक्रम धारण करू शकेल अशा सर्वात मौल्यवान संदर्भांपैकी एक असते: दोषांचे निदान निरपेक्ष आकड्याने नव्हे, तर आजचे स्पेक्ट्रम आणि time waveform त्या ज्ञात-निरोगी सिग्नेचरपासून कसे वेगळे आहेत यावरून केले जाते. गिअर निदानाचे शास्त्र मुख्यतः तो फरक योग्यरीत्या वाचण्याचे शास्त्र आहे, म्हणूनच नियमित कंडिशन मॉनिटरिंग.
२. गीअर मेश वारंवारता (GMF)
गिअरबॉक्स विश्लेषणातील सर्वात महत्त्वाची वारंवारता म्हणजे गियर मेश फ्रिक्वेंसी (GMF) — ज्या दराने मेशिंग होणाऱ्या दोन गिअरचे दात एकमेकांत गुंततात तो दर.
GMF = गिअरवरील दातांची संख्या × त्या गिअरचा परिभ्रमण वेग
निरोगी गिअरबॉक्समध्ये FFT स्पेक्ट्रम GMF येथे एक स्पष्ट शिखर दर्शवते, सामान्यतः काही लहान harmonics (2×GMF, 3×GMF) सह. GMF शिखराची व्याप्ती (amplitude) गिअरवरील भार दर्शवते, त्यामुळे उंच GMF शिखर हे एकट्याने आवश्यकपणे दोष नसते — त्याचा अर्थ केवळ गिअरबॉक्स कठोर काम करत आहे असाही असू शकतो. खरी निदानात्मक माहिती त्या वारंवारतांमध्ये राहते सभोवती GMF शिखराच्या, शिखरातच नव्हे. GMF हे दातांची संख्या आणि वेग या दोन्हींवर अवलंबून असल्याने, हाताने ते चुकीचे ओळखणे सोपे आहे; एक गियर मेश फ्रिक्वेंसी कॅल्क्युलेटर दिलेल्या गिअरसेटसाठी GMF आणि त्याचे साइडबँड्स काही सेकंदांत निवळवते (resolve).
3. दोषांच्या निदानासाठी साइडबँड्सचा वापर
साइडबँड्स विशिष्ट गिअर समस्यांचे निदान करण्यासाठीचे सर्वात शक्तिशाली एकमेव साधन आहेत. हे लहान शिखरे आहेत जी GMF आणि त्याच्या हार्मोनिक्सच्या दोन्ही बाजूंना दिसतात, जेव्हा एखादा दोष मेशिंग प्रक्रियेचे मॉड्युलेशन करतो तेव्हा निर्माण होतात. महत्त्वाचा संकेत म्हणजे त्यांचे अंतर: साइडबँड आणि GMF शिखर यांच्यातील अंतर हे दोषयुक्त गिअर वाहून नेणाऱ्या शाफ्टच्या परिभ्रमण वेगाएवढे असते, जे तुम्हाला लगेच सांगते जे शाफ्ट तपासायचा.
- झिजलेला किंवा उत्केंद्र गिअर: घासलेला, विकेंद्रित किंवा दोषयुक्त गिअर त्याच्या स्वतःच्या परिभ्रमण वेगाने GMF चे मॉड्युलेशन करतो, ज्यामुळे चालू गती (1×) त्या गिअरच्या शाफ्टच्या वेगाएवढ्या अंतरावर साइडबँड्स तयार होतात. साइडबँड्स जर इनपुट-शाफ्ट वेगाशी जुळले, तर दोष इनपुट गिअरवर आहे.
- सामान्य दात झीज: गिअर घासझीज सामान्यतः GMF आणि त्याच्या हार्मोनिक्सची व्याप्ती वाढवते, संबंधित गिअरकडून 1× साइडबँड्ससह.
- तडे गेलेला किंवा तुटलेला दात: एखादा तडे गेलेला किंवा तुटलेला एकच दात त्या गिअरच्या 1× चालू वेगावर एक प्रबळ शिखर निर्माण करतो, बहुतेकदा अनेक हार्मोनिक्ससह, तसेच त्या गिअरच्या वेगाएवढ्या अंतरावर GMF भोवती साइडबँड्ससह. येथे टाइम वेव्हफॉर्म विशेषतः मौल्यवान असतो — खराब झालेला दात प्रत्येक वेळी मेश होण्याचा प्रयत्न करतो तेव्हा तो एक स्पष्ट, नियतकालिक आघात दर्शवतो.
- गियर मिसलाइनमेंट: misalignment गिअरचे अनेकदा उच्च 2×GMF हार्मोनिक तयार करते, जे कधीकधी प्राथमिक GMF शिखरापेक्षाही उंच असते, आणि पुन्हा रनिंग-स्पीड साइडबँड्ससह दिसते.
जाणून घेण्यासारखा एक संबंधित परिणाम म्हणजे हंटिंग-टूथ फ्रिक्वेंसी, अत्यंत कमी दर ज्याने दातांची एक विशिष्ट जोडी पुन्हा एकमेकांत गुंतते; प्रत्येक गिअरवरील एक खराब दात समाविष्ट असलेले दोष याला उत्तेजित करू शकतात.
4. विशेषीकृत विश्लेषण तंत्र
गिअर व्हायब्रेशन इतके समृद्ध असल्यामुळे, मानक स्पेक्ट्रम विश्लेषण वारंवार गिअर सिग्नल वेगळा करणाऱ्या तंत्रांनी अधिक बळकट केले जाते:
- टाइम-वेवफॉर्म विश्लेषण: तुटलेले किंवा भेगा पडलेले दात निश्चित करण्यासाठी आवश्यक, जे मेशशी नव्हे तर गिअरच्या परिभ्रमणाशी समक्रमित अशा तीक्ष्ण, पुनरावृत्त होणाऱ्या आघातांच्या स्वरूपात दिसतात.
- सेप्स्ट्रम विश्लेषण: एक ट्रान्सफॉर्म जे समान अंतरावर असलेल्या साइडबँड्सच्या संपूर्ण कुटुंबांना एकाच, सहज वाचता येणाऱ्या घटकांमध्ये संकुचित करते, ज्यामुळे गर्दीच्या FFT मध्ये दडलेले साइडबँड नमुने दृश्यमान होतात.
- आवरण विश्लेषण: स्थानिक दात दोषाचा कमी-वारंवारतेचा आघात दर उघड करण्यासाठी उच्च-वारंवारतेच्या कॅरिअरचे डिमॉड्युलेशन करते, जे साइडबँड चित्राला पूरक ठरते.
5. गिअर निकामी होण्याचे टप्पे
व्हायब्रेशन विश्लेषण गिअर दोषाची प्रगती चार ओळखता येण्याजोग्या टप्प्यांमधून मागोवा घेऊ शकते, ज्यामुळे देखभाल पथकांना हस्तक्षेपाचे नियोजन करण्यासाठी पुरेसा वेळ मिळतो:
- टप्पा 1 (प्रारंभिक): GMF भोवती लहान साइडबँड्स दिसतात. एकूण व्हायब्रेशन पातळी अजिबात बदलू शकत नाही.
- टप्पा 2 (मध्यम): साइडबँड अॅम्प्लिट्यूड्स वाढतात, आणि GMF चे हार्मोनिक्स स्वतःच्या साइडबँड्ससह दिसू लागतात.
- टप्पा 3 (गंभीर): GMF आणि त्याचे हार्मोनिक्स अनेक मोठे साइडबँड्स वाहून नेतात, समस्याग्रस्त गिअरची 1× वारंवारता वाढू लागते, आणि स्पेक्ट्रमचा नॉइज फ्लोर उंचावतो.
- टप्पा 4 (विनाशकारी): दात गंभीरपणे खराब किंवा नष्ट झाल्यामुळे GMF नाहीसा होऊ शकतो, आणि त्याची जागा गोंगाटयुक्त, यादृच्छिक व्हायब्रेशन स्वाक्षरी घेते.
6. प्रत्यक्ष क्षेत्रात अंमलात आणणे
गिअरचे निदान कार्यरत वेग आणि भारावर स्वच्छ क्षेत्र मोजमापाने सुरू होते. यासारखे पोर्टेबल दोन-चॅनल उपकरण Balanset-1A प्रत्येक बेअरिंगवर FFT स्पेक्ट्रम आणि कच्चा टाइम वेवफॉर्म टिपते, ज्यामुळे अभियंत्याला GMF शोधता येते, दोष एका विशिष्ट शाफ्टशी निश्चित करण्यासाठी साइडबँड अंतर वाचता येते, आणि तुटलेल्या दाताच्या स्पष्ट नियतकालिक आघातासाठी वेवफॉर्मचे निरीक्षण करता येते — हे सर्व गिअरबॉक्स न उघडता. जिथे गिअरबॉक्स एखादा रोटर देखील चालवतो किंवा आधार देतो, तिथे हेच उपकरण पडताळते की अवशिष्ट बेअरिंग आणि अनबॅलन्सशी संबंधित व्हायब्रेशन ISO 20816 सारख्या मानकांच्या मर्यादेत राहते, जेणेकरून पुष्ट झालेला गिअर दोष असंबंधित स्रोतांमुळे झाकला जात नाही. टप्पा 1 किंवा 2 मध्येच पकडल्यास, गिअर दोष अनियोजित बिघाडाऐवजी नियोजित दुरुस्ती बनतो.
