Diagnostik Getaran Komponen Lokomotif Kereta Api: Panduan Komprehensif untuk Jurutera Pembaikan

2.3.1.1. Asas Getaran: Daya Berayun dan Getaran dalam Peralatan Berputar

Prinsip Asas Getaran Mekanikal

Getaran mekanikal mewakili gerakan berayun sistem mekanikal di sekeliling kedudukan keseimbangannya. Jurutera yang bekerja dengan komponen lokomotif mesti memahami bahawa getaran menjelma dalam tiga parameter asas: anjakan, halaju dan pecutan. Setiap parameter memberikan pandangan unik tentang keadaan peralatan dan ciri-ciri operasi.

Anjakan getaran mengukur pergerakan fizikal sebenar komponen dari kedudukan rehatnya. Parameter ini terbukti sangat berharga untuk menganalisis getaran frekuensi rendah yang biasanya ditemui dalam ketidakseimbangan jentera berputar dan isu asas. Amplitud anjakan secara langsung berkorelasi dengan corak haus dalam permukaan galas dan komponen gandingan.

Halaju getaran mewakili kadar perubahan anjakan dari semasa ke semasa. Parameter ini menunjukkan kepekaan yang luar biasa kepada kerosakan mekanikal merentasi julat frekuensi yang luas, menjadikannya parameter yang paling banyak digunakan dalam pemantauan getaran industri. Pengukuran halaju berkesan mengesan kerosakan dalam kotak gear, galas motor dan sistem gandingan sebelum ia mencapai tahap kritikal.

Pecutan getaran mengukur kadar perubahan halaju dari semasa ke semasa. Pengukuran pecutan frekuensi tinggi cemerlang dalam mengesan kecacatan galas peringkat awal, kerosakan gigi gear dan fenomena berkaitan impak. Parameter pecutan menjadi semakin penting apabila memantau mesin bantu berkelajuan tinggi dan mengesan beban jenis kejutan.

Ciri Tempoh dan Kekerapan

Tempoh (T) mewakili masa yang diperlukan untuk satu kitaran ayunan lengkap, manakala frekuensi (f) menunjukkan bilangan kitaran yang berlaku setiap unit masa. Parameter ini mewujudkan asas untuk semua teknik analisis getaran yang digunakan dalam diagnostik lokomotif.

Komponen lokomotif kereta api beroperasi merentasi julat frekuensi yang pelbagai. Frekuensi putaran set roda biasanya berjulat dari 5-50 Hz semasa operasi biasa, manakala frekuensi mesh gear dilanjutkan dari 200-2000 Hz bergantung pada nisbah gear dan kelajuan putaran. Kekerapan kecacatan galas sering nyata dalam julat 500-5000 Hz, memerlukan teknik pengukuran dan kaedah analisis khusus.

Pengukuran Getaran Mutlak dan Relatif

Pengukuran getaran mutlak merujuk amplitud getaran kepada sistem koordinat tetap, biasanya bingkai rujukan tanah atau inersia. Pecutan seismik dan transduser halaju menyediakan ukuran mutlak dengan menggunakan jisim inersia dalaman yang kekal pegun manakala perumah sensor bergerak dengan komponen yang dipantau.

Pengukuran getaran relatif membandingkan getaran satu komponen dengan komponen bergerak yang lain. Kuar jarak yang dipasang pada perumah galas mengukur getaran aci berbanding dengan galas, memberikan maklumat kritikal tentang dinamik pemutar, pertumbuhan haba dan perubahan kelegaan galas.

Dalam aplikasi lokomotif, jurutera biasanya menggunakan ukuran mutlak untuk kebanyakan prosedur diagnostik kerana ia memberikan maklumat yang komprehensif tentang gerakan komponen dan boleh mengesan kedua-dua isu mekanikal dan struktur. Pengukuran relatif menjadi penting apabila menganalisis mesin berputar besar di mana pergerakan aci berbanding galas menunjukkan masalah kelegaan dalaman atau ketidakstabilan rotor.

Unit Pengukuran Linear dan Logaritma

Unit ukuran linear menyatakan amplitud getaran dalam kuantiti fizikal langsung seperti milimeter (mm) untuk sesaran, milimeter sesaat (mm/s) untuk halaju dan meter sesaat kuasa dua (m/s²) untuk pecutan. Unit ini memudahkan korelasi langsung dengan fenomena fizikal dan memberikan pemahaman intuitif tentang keterukan getaran.

Unit logaritma, terutamanya desibel (dB), memampatkan julat dinamik yang luas ke dalam skala yang boleh diurus. Skala desibel terbukti sangat berharga apabila menganalisis spektrum getaran jalur lebar di mana variasi amplitud menjangkau beberapa urutan magnitud. Banyak penganalisis getaran moden menawarkan pilihan paparan linear dan logaritma untuk menampung keperluan analisis yang berbeza.

Rangka Kerja Piawaian dan Kawal Selia Antarabangsa

Pertubuhan Standardisasi Antarabangsa (ISO) menetapkan piawaian yang diiktiraf di peringkat global untuk pengukuran dan analisis getaran. Siri ISO 10816 mentakrifkan kriteria keterukan getaran untuk pelbagai kelas mesin, manakala ISO 13373 menangani prosedur pemantauan dan diagnostik keadaan.

Untuk aplikasi kereta api, jurutera mesti mempertimbangkan piawaian khusus menangani persekitaran operasi yang unik. ISO 14837-1 menyediakan garis panduan getaran bawaan tanah untuk sistem kereta api, manakala EN 15313 menetapkan spesifikasi aplikasi kereta api untuk reka bentuk rangka roda dan bogie dengan pertimbangan getaran.

Piawaian GOST Rusia melengkapkan keperluan antarabangsa dengan peruntukan khusus wilayah. GOST 25275 mentakrifkan prosedur pengukuran getaran untuk mesin berputar, manakala GOST R 52161 menangani keperluan ujian getaran kereta api.

Klasifikasi Isyarat Getaran

Getaran berkala mengulangi corak yang sama pada selang masa yang tetap. Jentera berputar menjana kebanyakannya tandatangan getaran berkala yang berkaitan dengan kelajuan putaran, frekuensi jaringan gear dan laluan elemen galas. Corak yang boleh diramal ini membolehkan pengenalpastian kesalahan yang tepat dan penilaian keterukan.

Getaran rawak mempamerkan ciri statistik dan bukannya deterministik. Getaran akibat geseran, bunyi aliran gelora dan interaksi jalan/rel menjana komponen getaran rawak yang memerlukan teknik analisis statistik untuk tafsiran yang betul.

Getaran sementara berlaku sebagai peristiwa terpencil dengan tempoh terhingga. Beban kesan, penglibatan gigi gear dan serangan elemen galas menghasilkan tandatangan getaran sementara yang memerlukan teknik analisis khusus seperti purata segerak masa dan analisis sampul surat.

Deskriptor Amplitud Getaran

Jurutera menggunakan pelbagai deskriptor amplitud untuk mencirikan isyarat getaran dengan berkesan. Setiap deskriptor memberikan cerapan unik tentang ciri getaran dan corak pembangunan kerosakan.

Amplitud puncak mewakili nilai segera maksimum yang berlaku semasa tempoh pengukuran. Parameter ini berkesan mengenal pasti peristiwa jenis impak dan beban hentakan tetapi mungkin tidak tepat mewakili tahap getaran berterusan.

Amplitud Purata Purata Akar (RMS). menyediakan kandungan tenaga berkesan bagi isyarat getaran. Nilai RMS berkorelasi baik dengan kadar haus mesin dan pelesapan tenaga, menjadikan parameter ini sesuai untuk analisis trend dan penilaian keterukan.

Purata amplitud mewakili min aritmetik bagi nilai amplitud mutlak sepanjang tempoh pengukuran. Parameter ini menawarkan korelasi yang baik dengan kemasan permukaan dan ciri haus tetapi mungkin meremehkan tandatangan kerosakan yang terputus-putus.

Amplitud puncak ke puncak mengukur jumlah pengembaraan antara nilai amplitud positif dan negatif maksimum. Parameter ini terbukti berharga untuk menilai masalah berkaitan kelegaan dan mengenal pasti kelonggaran mekanikal.

Faktor Puncak mewakili nisbah amplitud puncak kepada amplitud RMS, memberikan gambaran tentang ciri isyarat. Faktor puncak rendah (1.4-2.0) menunjukkan kebanyakannya getaran sinusoidal, manakala faktor puncak tinggi (>4.0) mencadangkan ciri tingkah laku impulsif atau jenis kejutan untuk membangunkan kerosakan galas.

Teknologi dan Kaedah Pemasangan Penderia Getaran

Accelerometer mewakili penderia getaran yang paling serba boleh untuk aplikasi lokomotif. Pecutan piezoelektrik menjana cas elektrik berkadar dengan pecutan yang digunakan, menawarkan tindak balas frekuensi yang sangat baik dari 2 Hz hingga 10 kHz dengan herotan fasa yang minimum. Penderia ini menunjukkan ketahanan yang luar biasa dalam persekitaran kereta api yang keras sambil mengekalkan kepekaan tinggi dan ciri hingar yang rendah.

Transduser halaju menggunakan prinsip aruhan elektromagnet untuk menjana isyarat voltan berkadar dengan halaju getaran. Penderia ini cemerlang dalam aplikasi frekuensi rendah (0.5-1000 Hz) dan memberikan nisbah isyarat-ke-bunyi yang unggul untuk aplikasi pemantauan jentera. Walau bagaimanapun, saiz dan sensitiviti suhu yang lebih besar mungkin mengehadkan pilihan pemasangan pada komponen lokomotif padat.

Kuar kedekatan menggunakan prinsip arus pusar untuk mengukur anjakan relatif antara penderia dan permukaan sasaran. Penderia ini terbukti tidak ternilai untuk pemantauan getaran aci dan penilaian kelegaan galas tetapi memerlukan prosedur pemasangan dan penentukuran yang teliti.

Pemasangan sensor yang betul memberi kesan ketara kepada ketepatan dan kebolehpercayaan pengukuran. Jurutera mesti memastikan gandingan mekanikal tegar antara sensor dan komponen yang dipantau untuk mengelakkan kesan resonans dan herotan isyarat. Stud berulir menyediakan pemasangan optimum untuk pemasangan kekal, manakala tapak magnet menawarkan kemudahan untuk pengukuran berkala pada permukaan feromagnetik.

Asal-usul Getaran Peralatan Berputar

Sumber getaran mekanikal timbul daripada ketidakseimbangan jisim, ketidakselarasan, kelonggaran, dan haus. Komponen berputar yang tidak seimbang menjana daya emparan berkadar dengan kuasa dua kelajuan putaran, mewujudkan getaran pada frekuensi putaran dan harmoniknya. Penjajaran salah antara aci berganding menghasilkan komponen getaran jejari dan paksi pada frekuensi putaran dan frekuensi putaran dua kali.

Sumber getaran elektromagnet berasal daripada variasi daya magnet dalam motor elektrik. Sipi jurang udara, kecacatan bar pemutar, dan kerosakan belitan stator mencipta daya elektromagnet yang memodulasi pada frekuensi talian dan harmoniknya. Daya ini berinteraksi dengan resonans mekanikal untuk menghasilkan tandatangan getaran kompleks yang memerlukan teknik analisis yang canggih.

Sumber getaran aerodinamik dan hidrodinamik terhasil daripada interaksi aliran bendalir dengan komponen berputar. Laluan bilah kipas, interaksi ram pam, dan pengasingan aliran gelora menjana getaran pada frekuensi laluan bilah/ram dan harmoninya. Sumber ini menjadi sangat penting dalam mesin tambahan yang beroperasi pada kelajuan tinggi dengan keperluan pengendalian bendalir yang ketara.

2.3.1.2. Sistem Lokomotif: WMB, WGB, AM dan Komponennya sebagai Sistem Berayun

Klasifikasi Peralatan Berputar dalam Aplikasi Lokomotif

Peralatan berputar lokomotif merangkumi tiga kategori utama, setiap satu menampilkan ciri getaran unik dan cabaran diagnostik. Wheelset-Motor Blocks (WMB) menyepadukan motor daya tarikan secara langsung dengan set roda pemacu, mewujudkan sistem dinamik yang kompleks tertakluk kepada daya pengujaan elektrik dan mekanikal. Blok Roda-Gear (WGB) menggunakan sistem pengurangan gear perantaraan antara motor dan set roda, memperkenalkan sumber getaran tambahan melalui interaksi jaringan gear. Mesin Bantu (AM) termasuk kipas penyejuk, pemampat udara, pam hidraulik dan peralatan sokongan lain yang beroperasi secara bebas daripada sistem daya tarikan utama.

Sistem mekanikal ini mempamerkan tingkah laku berayun yang dikawal oleh prinsip asas dinamik dan teori getaran. Setiap komponen mempunyai frekuensi semula jadi yang ditentukan oleh taburan jisim, ciri kekakuan, dan keadaan sempadan. Memahami frekuensi semula jadi ini menjadi penting untuk mengelakkan keadaan resonans yang boleh membawa kepada amplitud getaran yang berlebihan dan kehausan komponen yang dipercepatkan.

Klasifikasi Sistem Osilasi

Ayunan percuma berlaku apabila sistem bergetar pada frekuensi semula jadi berikutan gangguan awal tanpa paksaan luaran yang berterusan. Dalam aplikasi lokomotif, ayunan bebas nyata semasa permulaan dan penutupan sementara apabila kelajuan putaran melalui frekuensi semula jadi. Keadaan sementara ini memberikan maklumat diagnostik yang berharga tentang kekakuan sistem dan ciri-ciri redaman.

Ayunan paksa terhasil daripada daya pengujaan berkala berterusan yang bertindak ke atas sistem mekanikal. Ketidakseimbangan berputar, daya jejaring gear, dan pengujaan elektromagnet menghasilkan getaran paksa pada frekuensi tertentu yang berkaitan dengan kelajuan putaran dan geometri sistem. Amplitud getaran paksa bergantung pada hubungan antara frekuensi pengujaan dan frekuensi semula jadi sistem.

Ayunan parametrik timbul apabila parameter sistem berubah secara berkala dari semasa ke semasa. Kekakuan yang berubah-ubah masa dalam sentuhan jejaring gear, variasi kelegaan galas dan turun naik fluks magnet menghasilkan pengujaan parametrik yang boleh membawa kepada pertumbuhan getaran yang tidak stabil walaupun tanpa paksaan langsung.

Ayunan teruja sendiri (Auto-ayunan) berkembang apabila mekanisme pelesapan tenaga sistem menjadi negatif, membawa kepada pertumbuhan getaran yang berterusan tanpa paksaan berkala luaran. Tingkah laku gelincir kayu akibat geseran, kekibaran aerodinamik, dan ketidakstabilan elektromagnet tertentu boleh mencipta getaran teruja sendiri yang memerlukan kawalan aktif atau pengubahsuaian reka bentuk untuk pengurangan.

Penentuan Frekuensi Semulajadi dan Fenomena Resonans

Frekuensi semula jadi mewakili ciri getaran yang wujud bagi sistem mekanikal bebas daripada pengujaan luaran. Frekuensi ini bergantung semata-mata pada taburan jisim sistem dan sifat kekakuan. Untuk sistem satu darjah kebebasan yang mudah, pengiraan frekuensi semula jadi mengikut formula yang mantap berkaitan parameter jisim dan kekakuan.

Komponen lokomotif kompleks mempamerkan berbilang frekuensi semula jadi yang sepadan dengan mod getaran yang berbeza. Mod lentur, mod kilasan dan mod berganding masing-masing mempunyai ciri frekuensi dan corak spatial yang berbeza. Teknik analisis modal membantu jurutera mengenal pasti frekuensi ini dan bentuk mod yang berkaitan untuk kawalan getaran yang berkesan.

Resonans berlaku apabila frekuensi pengujaan bertepatan dengan frekuensi semula jadi, menghasilkan tindak balas getaran yang diperkuatkan secara dramatik. Faktor penguatan bergantung pada redaman sistem, dengan sistem redaman ringan mempamerkan puncak resonans yang lebih tinggi daripada sistem redaman berat. Jurutera mesti memastikan kelajuan operasi mengelakkan keadaan resonans kritikal atau menyediakan redaman yang mencukupi untuk mengehadkan amplitud getaran.

Mekanisme Redaman dan Kesannya

Redaman mewakili mekanisme pelesapan tenaga yang mengehadkan pertumbuhan amplitud getaran dan memberikan kestabilan sistem. Pelbagai sumber redaman menyumbang kepada gelagat sistem keseluruhan, termasuk redaman dalaman bahan, redaman geseran dan redaman bendalir daripada pelincir dan udara sekeliling.

Redaman bahan timbul daripada geseran dalaman dalam bahan komponen semasa beban tegasan kitaran. Mekanisme redaman ini terbukti sangat penting dalam komponen besi tuang, elemen pelekap getah, dan bahan komposit yang digunakan dalam pembinaan lokomotif moden.

Redaman geseran berlaku pada permukaan antara muka antara komponen, termasuk permukaan galas, sambungan bolted dan pemasangan shrink-fit. Walaupun redaman geseran boleh memberikan kawalan getaran yang berfaedah, ia juga mungkin memperkenalkan kesan tak linear dan tingkah laku yang tidak dapat diramalkan dalam keadaan beban yang berbeza-beza.

Redaman bendalir terhasil daripada daya likat dalam filem pelincir, sistem hidraulik dan interaksi aerodinamik. Redaman filem minyak dalam galas jurnal menyediakan kestabilan kritikal untuk jentera berputar berkelajuan tinggi, manakala peredam likat mungkin sengaja dimasukkan untuk kawalan getaran.

Klasifikasi Daya Pengujaan

Daya sentrifugal berkembang daripada ketidakseimbangan jisim dalam komponen berputar, mewujudkan daya yang berkadar dengan kuasa dua kelajuan putaran. Daya ini bertindak secara jejari ke luar dan berputar dengan komponen, menghasilkan getaran pada frekuensi putaran. Magnitud daya sentrifugal meningkat dengan pantas dengan kelajuan, menjadikan pengimbangan yang tepat kritikal untuk operasi berkelajuan tinggi.

Daya kinematik timbul daripada kekangan geometri yang mengenakan gerakan tidak seragam pada komponen sistem. Mekanisme salingan, pengikut cam, dan sistem gear dengan ralat profil menjana daya pengujaan kinematik. Daya ini biasanya mempamerkan kandungan frekuensi kompleks yang berkaitan dengan geometri sistem dan kelajuan putaran.

Daya impak terhasil daripada aplikasi beban secara tiba-tiba atau peristiwa perlanggaran antara komponen. Penglibatan gigi gear, elemen galas berguling di atas kecacatan permukaan, dan interaksi rel roda menghasilkan daya impak yang dicirikan oleh kandungan frekuensi luas dan faktor puncak tinggi. Daya impak memerlukan teknik analisis khusus untuk pencirian yang betul.

Daya geseran berkembang daripada sentuhan gelongsor antara permukaan dengan gerakan relatif. Aplikasi brek, gelongsor bearing dan rayapan rel roda menjana daya geseran yang mungkin mempamerkan tingkah laku gelincir kayu yang membawa kepada getaran yang teruja sendiri. Ciri daya geseran sangat bergantung pada keadaan permukaan, pelinciran, dan beban normal.

Daya elektromagnet berpunca daripada interaksi medan magnet dalam motor elektrik dan penjana. Daya elektromagnet jejari terhasil daripada variasi celah udara, geometri kepingan tiang, dan asimetri taburan semasa. Daya ini mencipta getaran pada frekuensi talian, kekerapan laluan slot dan gabungannya.

Sifat Sistem Bergantung Kekerapan

Sistem mekanikal mempamerkan ciri dinamik bergantung kepada frekuensi yang mempengaruhi penghantaran dan penguatan getaran dengan ketara. Kekakuan sistem, redaman dan sifat inersia bergabung untuk mencipta fungsi tindak balas frekuensi kompleks yang menerangkan amplitud getaran dan perhubungan fasa antara pengujaan input dan tindak balas sistem.

Pada frekuensi jauh di bawah frekuensi semula jadi pertama, sistem berkelakuan secara kuasi statik dengan amplitud getaran berkadar dengan amplitud daya pengujaan. Penguatan dinamik kekal minimum, dan hubungan fasa kekal hampir sifar.

Berhampiran dengan frekuensi semula jadi, penguatan dinamik boleh mencapai nilai 10-100 kali pesongan statik, bergantung pada tahap redaman. Perhubungan fasa beralih dengan pantas melalui 90 darjah pada resonans, memberikan pengenalan yang jelas tentang lokasi frekuensi semula jadi.

Pada frekuensi yang jauh melebihi frekuensi semula jadi, kesan inersia menguasai gelagat sistem, menyebabkan amplitud getaran berkurangan dengan peningkatan frekuensi. Pengecilan getaran frekuensi tinggi menyediakan penapisan semula jadi yang membantu mengasingkan komponen sensitif daripada gangguan frekuensi tinggi.

Parameter Terkumpul lwn Sistem Parameter Teragih

Blok Roda-Motor boleh dimodelkan sebagai sistem parameter terkumpul apabila menganalisis mod getaran frekuensi rendah di mana dimensi komponen kekal kecil berbanding dengan panjang gelombang getaran. Pendekatan ini memudahkan analisis dengan mewakili sifat jisim dan kekakuan teragih sebagai unsur diskret yang disambungkan oleh spring tak berjisim dan pautan tegar.

Model parameter terkumpul terbukti berkesan untuk menganalisis ketidakseimbangan rotor, kesan kekakuan sokongan galas, dan dinamik gandingan frekuensi rendah antara komponen motor dan set roda. Model-model ini memudahkan analisis pantas dan memberikan gambaran fizikal yang jelas tentang tingkah laku sistem.

Model parameter teragih menjadi perlu apabila menganalisis mod getaran frekuensi tinggi di mana dimensi komponen menghampiri panjang gelombang getaran. Mod lentur aci, fleksibiliti gigi gear dan resonans akustik memerlukan rawatan parameter teragih untuk ramalan yang tepat.

Model parameter teragih menyumbang kesan perambatan gelombang, bentuk mod setempat dan gelagat bergantung kepada frekuensi yang tidak dapat ditangkap oleh model parameter terkumpul. Model ini biasanya memerlukan teknik penyelesaian berangka tetapi memberikan pencirian sistem yang lebih lengkap.

2.3.1.3. Sifat dan Ciri Getaran Frekuensi Rendah, Frekuensi Sederhana, Frekuensi Tinggi dan Ultrasonik dalam WMB, WGB dan AM

Klasifikasi Jalur Kekerapan dan Kepentingannya

Analisis frekuensi getaran memerlukan pengelasan sistematik jalur frekuensi untuk mengoptimumkan prosedur diagnostik dan pemilihan peralatan. Setiap jalur frekuensi menyediakan maklumat unik tentang fenomena mekanikal tertentu dan peringkat pembangunan kerosakan.

Getaran frekuensi rendah (1-200 Hz) terutamanya berpunca daripada ketidakseimbangan jentera berputar, salah jajaran, dan resonans struktur. Julat frekuensi ini menangkap frekuensi putaran asas dan harmonik tertib rendahnya, memberikan maklumat penting tentang keadaan mekanikal dan kestabilan operasi.

Getaran frekuensi sederhana (200-2000 Hz) merangkumi frekuensi jaringan gear, harmonik pengujaan elektromagnet, dan resonans mekanikal komponen struktur utama. Julat frekuensi ini terbukti kritikal untuk mendiagnosis kehausan gigi gear, masalah elektromagnet motor dan kemerosotan gandingan.

Getaran frekuensi tinggi (2000-20000 Hz) mendedahkan tandatangan kecacatan galas, daya hentaman gigi gear, dan harmonik elektromagnet tertib tinggi. Julat frekuensi ini memberikan amaran awal tentang kerosakan yang berlaku sebelum ia nyata dalam jalur frekuensi yang lebih rendah.

Getaran ultrasonik (20000+ Hz) menangkap kecacatan galas permulaan, kerosakan filem pelinciran, dan fenomena berkaitan geseran. Pengukuran ultrasonik memerlukan penderia khusus dan teknik analisis tetapi menyediakan keupayaan pengesanan kesalahan seawal mungkin.

Analisis Getaran Frekuensi Rendah

Analisis getaran frekuensi rendah memfokuskan pada frekuensi putaran asas dan harmoniknya sehingga lebih kurang tertib ke-10. Analisis ini mendedahkan keadaan mekanikal utama termasuk ketidakseimbangan jisim, salah jajaran aci, kelonggaran mekanikal dan masalah kelegaan galas.

Getaran frekuensi putaran (1×) menunjukkan keadaan ketidakseimbangan jisim yang mewujudkan daya emparan berputar dengan aci. Ketidakseimbangan tulen menghasilkan getaran terutamanya pada frekuensi putaran dengan kandungan harmonik yang minimum. Amplitud getaran meningkat secara berkadar dengan kuasa dua kelajuan putaran, memberikan petunjuk diagnostik yang jelas.

Getaran frekuensi putaran dua kali (2×) biasanya menunjukkan salah jajaran antara aci atau komponen yang digabungkan. Penjajaran sudut mencipta corak tegasan berselang-seli yang berulang dua kali setiap pusingan, menghasilkan tandatangan getaran 2× ciri. Penjajaran selari juga boleh menyumbang kepada getaran 2× melalui pengagihan beban yang berbeza-beza.

Kandungan harmonik berbilang (3×, 4×, 5×, dsb.) mencadangkan kelonggaran mekanikal, gandingan haus atau masalah struktur. Kelonggaran membolehkan penghantaran daya bukan linear yang menjana kandungan harmonik yang kaya melangkaui frekuensi asas. Corak harmonik menyediakan maklumat diagnostik tentang lokasi kelonggaran dan keterukan.

Ciri-ciri Getaran Frekuensi Sederhana

Analisis frekuensi sederhana tertumpu pada frekuensi jaringan gear dan corak modulasinya. Kekerapan mesh gear menyamai hasil kekerapan putaran dan bilangan gigi, mewujudkan garisan spektrum boleh diramal yang mendedahkan keadaan gear dan pengagihan beban.

Gear yang sihat menghasilkan getaran yang ketara pada frekuensi jaringan gear dengan jalur sisi yang minimum. Kehausan gigi, gigi retak, atau pemuatan tidak sekata menghasilkan modulasi amplitud frekuensi jaringan, menghasilkan jalur sisi yang dijarakkan pada frekuensi putaran gear mesh.

Getaran elektromagnet dalam motor daya tarikan ditunjukkan terutamanya dalam julat frekuensi sederhana. Harmonik frekuensi talian, frekuensi laluan slot, dan frekuensi laluan kutub mencipta corak spektrum ciri yang mendedahkan keadaan motor dan ciri pemuatan.

Kekerapan laluan slot bersamaan dengan produk frekuensi putaran dan kiraan slot pemutar, menghasilkan getaran melalui variasi ketelapan magnet apabila slot pemutar melepasi kutub stator. Bar pemutar patah atau kecacatan cincin hujung memodulasi kekerapan laluan slot, mencipta jalur sisi diagnostik.

Analisis Getaran Frekuensi Tinggi

Analisis getaran frekuensi tinggi menyasarkan frekuensi kecacatan galas dan harmonik mesh gear tertib tinggi. Galas elemen bergolek menjana frekuensi ciri berdasarkan geometri dan kelajuan putaran, memberikan keupayaan diagnostik yang tepat untuk penilaian keadaan galas.

Perlumbaan Luar Frekuensi Hantaran Bola (BPFO) berlaku apabila elemen penggelek melepasi kecacatan perlumbaan luar pegun. Kekerapan ini bergantung pada geometri galas dan biasanya berkisar antara 3-8 kali kekerapan putaran untuk reka bentuk galas biasa.

Perlumbaan Dalam Frekuensi Hantaran Bola (BPFI) terhasil daripada elemen guling yang menghadapi kecacatan perlumbaan dalaman. Memandangkan perlumbaan dalam berputar dengan aci, BPFI biasanya melebihi BPFO dan mungkin mempamerkan modulasi frekuensi putaran disebabkan oleh kesan zon beban.

Kekerapan Kereta Api Asas (FTF) mewakili kekerapan putaran sangkar dan lazimnya bersamaan dengan 0.4-0.45 kali kekerapan putaran aci. Kecacatan sangkar atau masalah pelinciran boleh menghasilkan getaran pada FTF dan harmoniknya.

Kekerapan Putaran Bola (BSF) menunjukkan putaran elemen gelek individu mengenai paksinya sendiri. Kekerapan ini jarang muncul dalam spektrum getaran melainkan elemen gelek menunjukkan kecacatan permukaan atau penyelewengan dimensi.

Aplikasi Getaran Ultrasonik

Pengukuran getaran ultrasonik mengesan kecacatan galas permulaan minggu atau bulan sebelum ia menjadi jelas dalam analisis getaran konvensional. Sentuhan asperity permukaan, keretakan mikro dan pecahan filem pelinciran menjana pelepasan ultrasonik yang mendahului perubahan yang boleh diukur dalam frekuensi kecacatan galas.

Teknik analisis sampul mengekstrak maklumat modulasi amplitud daripada frekuensi pembawa ultrasonik, mendedahkan corak modulasi frekuensi rendah sepadan dengan frekuensi kecacatan galas. Pendekatan ini menggabungkan sensitiviti frekuensi tinggi dengan maklumat diagnostik frekuensi rendah.

Pengukuran ultrasonik memerlukan pemilihan dan pemasangan sensor yang teliti untuk mengelakkan pencemaran isyarat daripada gangguan elektromagnet dan bunyi mekanikal. Accelerometer dengan tindak balas frekuensi melebihi 50 kHz dan penyaman isyarat yang betul memberikan pengukuran ultrasonik yang boleh dipercayai.

Asal-usul Getaran Mekanikal lwn Elektromagnet

Sumber getaran mekanikal mencipta pengujaan jalur lebar dengan kandungan frekuensi yang berkaitan dengan geometri komponen dan kinematik. Daya impak daripada kecacatan galas, penglibatan gigi gear dan kelonggaran mekanikal menjana isyarat impulsif dengan kandungan harmonik yang kaya merentas julat frekuensi yang luas.

Sumber getaran elektromagnet menghasilkan komponen frekuensi diskret yang berkaitan dengan frekuensi bekalan elektrik dan parameter reka bentuk motor. Frekuensi ini kekal bebas daripada kelajuan putaran mekanikal dan mengekalkan hubungan tetap dengan frekuensi sistem kuasa.

Membezakan antara sumber getaran mekanikal dan elektromagnet memerlukan analisis yang teliti tentang hubungan frekuensi dan pergantungan beban. Getaran mekanikal biasanya berbeza dengan kelajuan putaran dan beban mekanikal, manakala getaran elektromagnet berkorelasi dengan pemuatan elektrik dan kualiti voltan bekalan.

Ciri-ciri Getaran Kesan dan Kejutan

Getaran kesan terhasil daripada aplikasi daya secara mengejut dengan tempoh yang sangat singkat. Penglibatan gigi gear, serangan elemen galas dan sentuhan rel roda menjana daya hentaman yang merangsang berbilang resonans struktur secara serentak.

Peristiwa impak menghasilkan tandatangan domain masa yang bercirikan dengan faktor puncak tinggi dan kandungan frekuensi luas. Spektrum frekuensi getaran hentaman lebih bergantung pada ciri tindak balas struktur berbanding peristiwa impak itu sendiri, yang memerlukan analisis domain masa untuk tafsiran yang betul.

Analisis spektrum tindak balas kejutan menyediakan pencirian komprehensif tindak balas struktur kepada pemuatan impak. Analisis ini mendedahkan frekuensi semula jadi yang menjadi teruja oleh peristiwa impak dan sumbangan relatifnya kepada tahap getaran keseluruhan.

Getaran Rawak daripada Sumber Geseran

Getaran akibat geseran mempamerkan ciri rawak disebabkan sifat stokastik fenomena sentuhan permukaan. Decitan brek, sembang bearing, dan interaksi rel roda mencipta getaran rawak jalur lebar yang memerlukan teknik analisis statistik.

Tingkah laku stick-slip dalam sistem geseran mencipta getaran teruja sendiri dengan kandungan frekuensi yang kompleks. Variasi daya geseran semasa kitaran gelincir kayu menjana komponen getaran subharmonik yang mungkin bertepatan dengan resonans struktur, yang membawa kepada tahap getaran yang diperkuatkan.

Analisis getaran rawak menggunakan fungsi ketumpatan spektrum kuasa dan parameter statistik seperti tahap RMS dan taburan kebarangkalian. Teknik ini memberikan penilaian kuantitatif keterukan getaran rawak dan potensi kesannya terhadap hayat keletihan komponen.

2.3.1.4. Ciri Reka Bentuk WMB, WGB, AM dan Kesannya terhadap Ciri Getaran

Konfigurasi WMB, WGB dan AM Utama

Pengeluar lokomotif menggunakan pelbagai susunan mekanikal untuk menghantar kuasa daripada motor daya tarikan kepada set roda pemanduan. Setiap konfigurasi membentangkan ciri getaran unik yang secara langsung mempengaruhi pendekatan diagnostik dan keperluan penyelenggaraan.

Motor cengkaman gantung hidung dipasang terus pada gandar set roda, mewujudkan gandingan mekanikal tegar antara motor dan set roda. Konfigurasi ini meminimumkan kehilangan penghantaran kuasa tetapi menundukkan motor kepada semua getaran dan kesan akibat trek. Susunan pelekap terus memadukan getaran elektromagnet motor dengan getaran mekanikal set roda, menghasilkan corak spektrum kompleks yang memerlukan analisis yang teliti.

Motor daya tarikan yang dipasang pada bingkai menggunakan sistem gandingan fleksibel untuk menghantar kuasa kepada set roda sambil mengasingkan motor daripada gangguan trek. Sambungan universal, gandingan fleksibel atau gandingan jenis gear menampung pergerakan relatif antara motor dan set roda sambil mengekalkan keupayaan penghantaran kuasa. Susunan ini mengurangkan pendedahan getaran motor tetapi memperkenalkan sumber getaran tambahan melalui dinamik gandingan.

Sistem pemacu bergear menggunakan pengurangan gear perantaraan antara motor dan set roda untuk mengoptimumkan ciri pengendalian motor. Pengurangan gear heliks satu peringkat menyediakan reka bentuk padat dengan tahap hingar yang sederhana, manakala sistem pengurangan dua peringkat menawarkan fleksibiliti yang lebih besar dalam pemilihan nisbah tetapi meningkatkan kerumitan dan potensi sumber getaran.

Sistem Gandingan Mekanikal dan Penghantaran Getaran

Antara muka mekanikal antara pemutar motor cengkaman dan pinion gear memberi kesan ketara kepada ciri penghantaran getaran. Sambungan shrink-fit memberikan gandingan tegar dengan kepekatan yang sangat baik tetapi mungkin memperkenalkan tegasan pemasangan yang menjejaskan kualiti imbangan rotor.

Sambungan berkunci menampung pengembangan terma dan memudahkan prosedur pemasangan tetapi memperkenalkan tindak balas dan potensi beban impak semasa pembalikan tork. Kehausan kunci menghasilkan kelegaan tambahan yang menjana daya hentaman pada frekuensi putaran dua kali semasa kitaran pecutan dan nyahpecutan.

Sambungan splined menawarkan keupayaan penghantaran tork yang unggul dan menampung anjakan paksi tetapi memerlukan had terima pembuatan yang tepat untuk meminimumkan penjanaan getaran. Pemakaian spline menghasilkan tindak balas lilitan yang menghasilkan corak getaran yang kompleks bergantung pada keadaan pemuatan.

Sistem gandingan fleksibel mengasingkan getaran kilasan sambil menampung ketidakjajaran antara aci yang disambungkan. Gandingan elastomer memberikan pengasingan getaran yang sangat baik tetapi mempamerkan ciri kekakuan bergantung kepada suhu yang mempengaruhi lokasi frekuensi semula jadi. Gandingan jenis gear mengekalkan sifat kekakuan yang berterusan tetapi menghasilkan getaran frekuensi mesh yang menambah kandungan spektrum sistem keseluruhan.

Konfigurasi Galas Gandar Set Roda

Galas gandar set roda menyokong beban menegak, sisi dan tujah sambil menampung pengembangan haba dan variasi geometri trek. Galas penggelek silinder mengendalikan beban jejarian dengan cekap tetapi memerlukan susunan galas tujahan berasingan untuk sokongan beban paksi.

Galas roller tirus menyediakan gabungan keupayaan beban jejarian dan tujahan dengan ciri-ciri kekukuhan yang unggul berbanding dengan galas bebola. Geometri tirus mencipta pramuat semula jadi yang menghilangkan kelegaan dalaman tetapi memerlukan pelarasan yang tepat untuk mengelakkan pemuatan berlebihan atau sokongan yang tidak mencukupi.

Galas penggelek sfera dua baris menampung beban jejarian yang besar dan beban tujahan sederhana sambil menyediakan keupayaan penjajaran sendiri untuk mengimbangi pesongan aci dan salah jajaran perumahan. Geometri perlumbaan luar sfera mencipta redaman filem minyak yang membantu mengawal penghantaran getaran.

Kelegaan dalaman galas memberi kesan ketara kepada ciri-ciri getaran dan pengagihan beban. Kelegaan yang berlebihan membolehkan pemuatan impak semasa kitaran pembalikan beban, menghasilkan getaran impak frekuensi tinggi. Kelegaan yang tidak mencukupi mewujudkan keadaan pramuat yang meningkatkan rintangan gelek dan penjanaan haba sambil berpotensi mengurangkan amplitud getaran.

Pengaruh Reka Bentuk Sistem Gear terhadap Getaran

Geometri gigi gear secara langsung mempengaruhi amplitud getaran frekuensi mesh dan kandungan harmonik. Profil gigi libatkan dengan sudut tekanan yang betul dan pengubahsuaian adendum meminimumkan variasi daya jejaring dan penjanaan getaran yang berkaitan.

Gear heliks memberikan penghantaran kuasa yang lebih lancar berbanding dengan gear taji kerana ciri-ciri gigi yang berperingkat. Sudut heliks mencipta komponen daya paksi yang memerlukan sokongan galas tujahan tetapi mengurangkan amplitud getaran frekuensi mesh dengan ketara.

Nisbah sentuhan gear menentukan bilangan gigi serentak dalam jaringan semasa penghantaran kuasa. Nisbah sentuhan yang lebih tinggi mengagihkan beban di antara lebih banyak gigi, mengurangkan tekanan gigi individu dan variasi daya jaringan. Nisbah sentuhan melebihi 1.5 memberikan pengurangan getaran yang ketara berbanding nisbah yang lebih rendah.

Ketepatan pembuatan gear mempengaruhi penjanaan getaran melalui ralat jarak gigi, sisihan profil dan variasi kemasan permukaan. Gred kualiti AGMA mengukur ketepatan pembuatan, dengan gred yang lebih tinggi menghasilkan tahap getaran yang lebih rendah tetapi memerlukan proses pembuatan yang lebih mahal.

Pengagihan beban merentas lebar muka gear mempengaruhi kepekatan tegasan tempatan dan penjanaan getaran. Permukaan gigi bermahkota dan penjajaran aci yang betul memastikan pengagihan beban seragam, meminimumkan beban tepi yang menghasilkan komponen getaran frekuensi tinggi.

Sistem Aci Cardan dalam Aplikasi WGB

Blok Roda-Gear dengan transmisi kuasa aci kardan menampung jarak pemisahan yang lebih besar antara motor dan set roda sambil menyediakan keupayaan gandingan yang fleksibel. Sambungan universal pada setiap hujung aci kardan mencipta kekangan kinematik yang menjana corak getaran ciri.

Operasi sambungan universal tunggal menghasilkan variasi halaju yang mencipta getaran pada frekuensi putaran dua kali aci. Amplitud getaran ini bergantung pada sudut operasi bersama, dengan sudut yang lebih besar menghasilkan tahap getaran yang lebih tinggi mengikut hubungan kinematik yang mantap.

Susunan sambungan universal berganda dengan fasa yang betul menghapuskan variasi halaju tertib pertama tetapi memperkenalkan kesan tertib lebih tinggi yang menjadi ketara pada sudut operasi yang besar. Sambungan halaju malar memberikan ciri-ciri getaran yang unggul tetapi memerlukan prosedur pembuatan dan penyelenggaraan yang lebih kompleks.

Kelajuan kritikal aci Cardan mesti kekal dipisahkan dengan baik daripada julat kelajuan operasi untuk mengelakkan penguatan resonans. Diameter aci, panjang dan sifat bahan menentukan lokasi kelajuan kritikal, memerlukan analisis reka bentuk yang teliti untuk setiap aplikasi.

Ciri-ciri Getaran Semasa Keadaan Operasi Berbeza

Operasi lokomotif membentangkan keadaan operasi yang pelbagai yang memberi kesan ketara kepada tandatangan getaran dan tafsiran diagnostik. Ujian statik dengan lokomotif disokong pada dirian penyelenggaraan menghilangkan getaran yang disebabkan oleh trek dan daya interaksi rel roda, menyediakan keadaan terkawal untuk pengukuran garis dasar.

Sistem penggantungan gear yang sedang berjalan mengasingkan karbodi lokomotif daripada getaran set roda semasa operasi biasa tetapi mungkin menimbulkan kesan resonans pada frekuensi tertentu. Frekuensi semula jadi penggantungan utama biasanya berjulat dari 1-3 Hz untuk mod menegak dan 0.5-1.5 Hz untuk mod sisi, yang berpotensi menjejaskan penghantaran getaran frekuensi rendah.

Penyimpangan trek merangsang getaran set roda merentasi julat frekuensi yang luas bergantung pada kelajuan kereta api dan keadaan trek. Sambungan rel mencipta kesan berkala pada frekuensi yang ditentukan oleh panjang rel dan kelajuan kereta api, manakala variasi tolok trek menjana getaran sisi yang digabungkan dengan mod memburu set roda.

Daya tarikan dan brek memperkenalkan beban tambahan yang mempengaruhi pengagihan beban galas dan ciri-ciri jaringan gear. Beban daya tarikan tinggi meningkatkan tegasan sentuhan gigi gear dan mungkin mengalihkan zon beban dalam galas set roda, mengubah corak getaran berbanding dengan keadaan yang tidak dimuatkan.

Ciri-ciri Getaran Mesin Bantu

Sistem kipas penyejuk menggunakan pelbagai reka bentuk pendesak yang mencipta tandatangan getaran yang berbeza. Kipas emparan menjana getaran kekerapan laluan bilah dengan amplitud bergantung pada nombor bilah, kelajuan putaran dan pemuatan aerodinamik. Kipas paksi menghasilkan frekuensi laluan bilah yang sama tetapi dengan kandungan harmonik yang berbeza kerana perbezaan corak aliran.

Ketidakseimbangan kipas menghasilkan getaran pada frekuensi putaran dengan amplitud berkadar dengan kelajuan kuasa dua, serupa dengan jentera berputar yang lain. Walau bagaimanapun, daya aerodinamik daripada kekotoran pisau, hakisan atau kerosakan boleh mencipta komponen getaran tambahan yang merumitkan tafsiran diagnostik.

Sistem pemampat udara biasanya menggunakan reka bentuk salingan yang menghasilkan getaran pada frekuensi putaran aci engkol dan harmoniknya. Bilangan silinder dan jujukan penembakan menentukan kandungan harmonik, dengan lebih banyak silinder umumnya menghasilkan operasi yang lebih lancar dan tahap getaran yang lebih rendah.

Getaran pam hidraulik bergantung pada jenis pam dan keadaan operasi. Pam gear menghasilkan getaran frekuensi mesh serupa dengan sistem gear, manakala pam ram menjana getaran frekuensi laluan bilah. Pam anjakan boleh ubah mungkin menunjukkan corak getaran kompleks yang berbeza dengan tetapan anjakan dan keadaan beban.

Sokongan Aci dan Kesan Sistem Pemasangan

Kekakuan perumahan galas memberi kesan ketara kepada penghantaran getaran daripada komponen berputar kepada struktur pegun. Perumah fleksibel boleh mengurangkan penghantaran getaran tetapi membenarkan pergerakan aci yang lebih besar yang boleh menjejaskan kelegaan dalaman dan pengagihan beban.

Kekakuan asas dan susunan pelekap mempengaruhi frekuensi resonans struktur dan ciri penguatan getaran. Sistem pelekap lembut menyediakan pengasingan getaran tetapi boleh mencipta resonans frekuensi rendah yang menguatkan getaran akibat ketidakseimbangan.

Gandingan antara berbilang aci melalui elemen fleksibel atau jerat gear menghasilkan sistem dinamik yang kompleks dengan berbilang frekuensi semula jadi dan bentuk mod. Sistem berganding ini mungkin mempamerkan frekuensi rentak apabila frekuensi komponen individu berbeza sedikit, mewujudkan corak modulasi amplitud dalam pengukuran getaran.

2.3.1.5. Peralatan dan Perisian Teknikal untuk Pemantauan dan Diagnostik Getaran

Keperluan untuk Sistem Pengukuran dan Analisis Getaran

Diagnostik getaran yang berkesan bagi komponen lokomotif kereta api memerlukan pengukuran dan keupayaan analisis yang canggih yang menangani cabaran unik persekitaran kereta api. Sistem analisis getaran moden mesti menyediakan julat dinamik yang luas, resolusi frekuensi tinggi dan operasi yang mantap dalam keadaan persekitaran yang teruk termasuk suhu yang melampau, gangguan elektromagnet dan kejutan mekanikal.

Keperluan julat dinamik untuk aplikasi lokomotif biasanya melebihi 80 dB untuk menangkap kedua-dua kerosakan permulaan amplitud rendah dan getaran operasi amplitud tinggi. Julat ini menampung ukuran daripada mikrometer sesaat untuk kecacatan galas awal hingga ratusan milimeter sesaat untuk keadaan ketidakseimbangan yang teruk.

Resolusi frekuensi menentukan keupayaan untuk memisahkan komponen spektrum jarak rapat dan mengenal pasti corak modulasi ciri jenis kerosakan tertentu. Lebar lebar resolusi tidak boleh melebihi 1% daripada kekerapan minat terendah, memerlukan pemilihan parameter analisis yang teliti untuk setiap aplikasi pengukuran.

Kestabilan suhu memastikan ketepatan pengukuran merentasi julat suhu yang luas yang ditemui dalam aplikasi lokomotif. Sistem pengukuran mesti mengekalkan ketepatan penentukuran dalam ±5% pada julat suhu dari -40°C hingga +70°C untuk menampung variasi bermusim dan kesan pemanasan peralatan.

Penunjuk Keadaan Galas Menggunakan Getaran Ultrasonik

Analisis getaran ultrasonik menyediakan pengesanan seawal kemungkinan kemerosotan galas dengan memantau pelepasan frekuensi tinggi daripada sentuhan asperity permukaan dan kerosakan filem pelinciran. Fenomena ini mendahului tandatangan getaran konvensional mengikut minggu atau bulan, membolehkan penjadualan penyelenggaraan proaktif.

Pengukuran tenaga spike mengukur pelepasan ultrasonik impulsif menggunakan penapis khusus yang menekankan peristiwa sementara sambil menekan bunyi latar belakang keadaan mantap. Teknik ini menggunakan penapisan laluan tinggi melebihi 5 kHz diikuti dengan pengesanan sampul surat dan pengiraan RMS dalam tetingkap masa yang singkat.

Analisis Sampul Frekuensi Tinggi (HFE) mengekstrak maklumat modulasi amplitud daripada isyarat pembawa ultrasonik, mendedahkan corak modulasi frekuensi rendah sepadan dengan frekuensi kecacatan galas. Pendekatan ini menggabungkan sensitiviti ultrasonik dengan keupayaan analisis frekuensi konvensional.

Kaedah Nadi Kejutan (SPM) mengukur amplitud puncak transien ultrasonik menggunakan transduser resonans khusus yang ditala kepada kira-kira 32 kHz. Teknik ini menyediakan penunjuk keadaan galas tanpa dimensi yang berkait rapat dengan keterukan kerosakan galas.

Penunjuk keadaan ultrasonik memerlukan penentukuran dan aliran yang teliti untuk menetapkan nilai garis dasar dan kadar kemajuan kerosakan. Faktor persekitaran termasuk suhu, pemuatan dan keadaan pelinciran mempengaruhi nilai penunjuk dengan ketara, yang memerlukan pangkalan data asas yang komprehensif.

Analisis Modulasi Getaran Frekuensi Tinggi

Galas elemen gelek menjana corak modulasi ciri dalam getaran frekuensi tinggi disebabkan variasi beban berkala apabila elemen gelek menghadapi kecacatan perlumbaan. Corak modulasi ini muncul sebagai jalur sisi sekitar frekuensi resonans struktur dan mempunyai frekuensi semula jadi.

Teknik analisis sampul mengekstrak maklumat modulasi dengan menapis isyarat getaran untuk mengasingkan jalur frekuensi yang mengandungi resonans galas, menggunakan pengesanan sampul surat untuk memulihkan variasi amplitud, dan menganalisis spektrum sampul surat untuk mengenal pasti frekuensi kecacatan.

Pengenalpastian resonans menjadi kritikal untuk analisis sampul surat yang berkesan kerana pengujaan kesan galas lebih suka mengujakan resonans struktur tertentu. Ujian sapu-sinus atau analisis modal impak membantu mengenal pasti jalur frekuensi optimum untuk analisis sampul setiap lokasi galas.

Teknik penapisan digital untuk analisis sampul termasuk penapis tindak balas impuls terhingga (FIR) yang menyediakan ciri fasa linear dan mengelakkan herotan isyarat, dan penapis tindak balas impuls tak terhingga (IIR) yang menawarkan ciri roll-off yang curam dengan keperluan pengiraan yang dikurangkan.

Parameter analisis spektrum sampul memberi kesan ketara kepada sensitiviti dan ketepatan diagnostik. Lebar jalur penapis hendaklah merangkumi resonans struktur manakala tidak termasuk resonans bersebelahan, dan panjang tetingkap analisis mesti memberikan resolusi frekuensi yang mencukupi untuk memisahkan frekuensi kecacatan galas dan harmoniknya.

Sistem Pemantauan Peralatan Berputar Komprehensif

Kemudahan penyelenggaraan lokomotif moden menggunakan sistem pemantauan bersepadu yang menggabungkan pelbagai teknik diagnostik untuk memberikan penilaian menyeluruh terhadap keadaan peralatan berputar. Sistem ini menyepadukan analisis getaran dengan analisis minyak, pemantauan haba dan parameter prestasi untuk meningkatkan ketepatan diagnostik.

Penganalisis getaran mudah alih berfungsi sebagai alat diagnostik utama untuk penilaian keadaan berkala semasa selang penyelenggaraan berjadual. Instrumen ini menyediakan analisis spektrum, tangkapan bentuk gelombang masa dan algoritma pengesanan kerosakan automatik yang dioptimumkan untuk aplikasi lokomotif.

Sistem pemantauan yang dipasang secara kekal membolehkan pengawasan berterusan terhadap komponen kritikal semasa operasi. Sistem ini menggunakan rangkaian sensor teragih, penghantaran data tanpa wayar dan algoritma analisis automatik untuk menyediakan penilaian keadaan masa nyata dan penjanaan penggera.

Keupayaan penyepaduan data menggabungkan maklumat daripada pelbagai teknik diagnostik untuk meningkatkan kebolehpercayaan pengesanan kesalahan dan mengurangkan kadar penggera palsu. Sumbangan berat algoritma gabungan daripada kaedah diagnostik yang berbeza berdasarkan keberkesanannya untuk jenis kerosakan dan keadaan operasi tertentu.

Teknologi Sensor dan Kaedah Pemasangan

Pemilihan sensor getaran memberi kesan ketara kepada kualiti pengukuran dan keberkesanan diagnostik. Pecutan piezoelektrik memberikan tindak balas frekuensi dan kepekaan yang sangat baik untuk kebanyakan aplikasi lokomotif, manakala transduser halaju elektromagnet menawarkan tindak balas frekuensi rendah yang unggul untuk jentera berputar yang besar.

Kaedah pemasangan sensor secara kritikal mempengaruhi ketepatan dan kebolehpercayaan pengukuran. Stud berulir menyediakan gandingan mekanikal yang optimum untuk pemasangan kekal, manakala pelekap magnet menawarkan kemudahan untuk pengukuran berkala pada permukaan feromagnetik. Pelekap pelekat menampung permukaan bukan feromagnetik tetapi memerlukan penyediaan permukaan dan masa pengawetan.

Orientasi sensor mempengaruhi sensitiviti pengukuran kepada mod getaran yang berbeza. Pengukuran jejari mengesan ketidakseimbangan dan salah jajaran dengan paling berkesan, manakala ukuran paksi mendedahkan masalah galas tujah dan salah jajaran gandingan. Pengukuran tangen memberikan maklumat unik tentang getaran kilasan dan dinamik mesh gear.

Perlindungan alam sekitar memerlukan pertimbangan yang teliti terhadap keterlaluan suhu, pendedahan lembapan dan gangguan elektromagnet. Pecutan yang dimeterai dengan kabel integral memberikan kebolehpercayaan yang unggul berbanding reka bentuk penyambung boleh tanggal dalam persekitaran kereta api yang keras.

Pengkondisian Isyarat dan Pemerolehan Data

Elektronik penyaman isyarat menyediakan pengujaan sensor, penguatan dan penapisan yang diperlukan untuk pengukuran getaran yang tepat. Litar pengujaan arus malar menguasakan pecutan piezoelektrik sambil mengekalkan galangan input yang tinggi untuk mengekalkan kepekaan sensor.

Penapis anti-aliasing menghalang artifak lipatan frekuensi semasa penukaran analog-ke-digital dengan melemahkan komponen isyarat di atas frekuensi Nyquist. Penapis ini mesti memberikan penolakan jalur henti yang mencukupi sambil mengekalkan tindak balas jalur laluan rata untuk mengekalkan kesetiaan isyarat.

Resolusi penukaran analog-ke-digital menentukan julat dan ketepatan dinamik pengukuran. Penukaran 24-bit menyediakan julat dinamik teori 144 dB, membolehkan pengukuran kedua-dua tandatangan kerosakan amplitud rendah dan getaran operasi amplitud tinggi dalam pemerolehan yang sama.

Pemilihan kekerapan pensampelan mengikut kriteria Nyquist yang memerlukan kadar pensampelan sekurang-kurangnya dua kali ganda kekerapan minat tertinggi. Pelaksanaan praktikal menggunakan nisbah pensampelan berlebihan 2.5:1 hingga 4:1 untuk menampung jalur peralihan penapis anti-aliasing dan menyediakan fleksibiliti analisis.

Pemilihan dan Orientasi Titik Pengukuran

Pemantauan getaran yang berkesan memerlukan pemilihan lokasi pengukuran yang sistematik yang memberikan sensitiviti maksimum kepada keadaan kerosakan sambil meminimumkan gangguan daripada sumber getaran luar. Titik pengukuran harus terletak sedekat mungkin dengan sokongan galas dan laluan beban kritikal yang lain.

Pengukuran perumahan galas memberikan maklumat langsung tentang keadaan galas dan dinamik dalaman. Pengukuran jejari pada perumah galas mengesan ketidakseimbangan, salah penjajaran, dan kecacatan galas dengan paling berkesan, manakala ukuran paksi mendedahkan masalah pemuatan tujah dan gandingan.

Pengukuran rangka motor menangkap getaran elektromagnet dan keadaan motor keseluruhan tetapi mungkin menunjukkan kepekaan yang lebih rendah terhadap kecacatan galas akibat pengecilan getaran melalui struktur motor. Pengukuran ini melengkapkan ukuran perumah galas untuk penilaian motor komprehensif.

Pengukuran kotak gear mengesan getaran mesh gear dan dinamik gear dalaman tetapi memerlukan tafsiran yang teliti disebabkan oleh laluan penghantaran getaran yang kompleks dan pelbagai sumber pengujaan. Lokasi pengukuran berhampiran garisan tengah jaringan gear memberikan kepekaan maksimum kepada masalah berkaitan jaringan.

Pemilihan Mod Pengendalian untuk Ujian Diagnostik

Keberkesanan ujian diagnostik amat bergantung pada pemilihan keadaan operasi yang sesuai yang memberikan pengujaan optimum bagi getaran berkaitan kerosakan sambil mengekalkan keselamatan dan perlindungan peralatan. Mod pengendalian yang berbeza mendedahkan aspek keadaan komponen dan pembangunan kerosakan yang berbeza.

Ujian tanpa beban menghapuskan sumber getaran bergantung pada beban dan menyediakan ukuran garis dasar untuk perbandingan dengan keadaan yang dimuatkan. Mod ini mendedahkan ketidakseimbangan, salah jajaran dan masalah elektromagnet dengan paling jelas sambil meminimumkan getaran mesh gear dan kesan beban galas.

Ujian dimuatkan pada pelbagai tahap kuasa mendedahkan fenomena bergantung kepada beban termasuk dinamik mesh gear, kesan pengagihan beban galas dan pengaruh pemuatan elektromagnet. Pemuatan progresif membantu membezakan antara sumber getaran bebas beban dan bergantung pada beban.

Ujian arah dengan putaran ke hadapan dan belakang memberikan maklumat diagnostik tambahan tentang masalah asimetri seperti corak haus gigi gear, variasi pramuat galas dan ciri haus gandingan. Sesetengah ralat mempamerkan sensitiviti arah yang membantu dalam penyetempatan ralat.

Ujian sapuan kekerapan semasa permulaan dan penutupan menangkap gelagat getaran merentasi julat kelajuan operasi penuh, mendedahkan keadaan resonans dan fenomena bergantung kepada kelajuan. Pengukuran ini membantu mengenal pasti kelajuan kritikal dan lokasi frekuensi semula jadi.

Kesan Pelinciran pada Tandatangan Diagnostik

Keadaan pelinciran memberi kesan ketara kepada tandatangan getaran dan tafsiran diagnostik, terutamanya untuk aplikasi pemantauan bearing. Pelincir segar memberikan redaman berkesan yang mengurangkan penghantaran getaran manakala pelincir yang tercemar atau terdegradasi boleh menguatkan tandatangan kerosakan.

Perubahan kelikatan pelincir dengan suhu menjejaskan dinamik galas dan ciri getaran. Pelincir sejuk meningkatkan redaman likat dan mungkin menutupi kecacatan galas permulaan, manakala pelincir yang terlalu panas memberikan pengurangan redaman dan perlindungan.

Pelincir tercemar yang mengandungi zarah haus, air atau bahan asing menghasilkan sumber getaran tambahan melalui sentuhan kasar dan pergolakan aliran. Kesan ini mungkin mengatasi tandatangan kesalahan tulen dan merumitkan tafsiran diagnostik.

Masalah sistem pelinciran termasuk aliran yang tidak mencukupi, variasi tekanan, dan penyelewengan pengagihan mewujudkan keadaan beban galas yang berubah-ubah masa yang mempengaruhi corak getaran. Korelasi antara operasi sistem pelinciran dan ciri getaran menyediakan maklumat diagnostik yang berharga.

Pengiktirafan Ralat Pengukuran dan Kawalan Kualiti

Diagnostik yang boleh dipercayai memerlukan pengenalan sistematik dan penghapusan ralat pengukuran yang boleh membawa kepada kesimpulan yang salah dan tindakan penyelenggaraan yang tidak perlu. Sumber ralat biasa termasuk masalah pemasangan sensor, gangguan elektrik dan parameter pengukuran yang tidak sesuai.

Pengesahan pelekap sensor menggunakan teknik mudah termasuk ujian pengujaan manual, pengukuran perbandingan di lokasi bersebelahan dan pengesahan tindak balas frekuensi menggunakan sumber pengujaan yang diketahui. Pemasangan longgar biasanya mengurangkan sensitiviti frekuensi tinggi dan mungkin menimbulkan resonans palsu.

Pengesanan gangguan elektrik melibatkan mengenal pasti komponen spektrum pada frekuensi talian (50/60 Hz) dan harmoniknya, perbandingan ukuran dengan kuasa yang diputuskan, dan penilaian keselarasan antara getaran dan isyarat elektrik. Pembumian dan perisai yang betul menghapuskan kebanyakan sumber gangguan.

Pengesahan parameter termasuk pengesahan unit pengukuran, tetapan julat frekuensi dan parameter analisis. Pemilihan parameter yang salah boleh membawa kepada artifak pengukuran yang meniru tandatangan kerosakan tulen.

Senibina Sistem Diagnostik Bersepadu

Kemudahan penyelenggaraan lokomotif moden menggunakan sistem diagnostik bersepadu yang menggabungkan pelbagai teknik pemantauan keadaan dengan pengurusan data terpusat dan keupayaan analisis. Sistem ini menyediakan penilaian peralatan yang komprehensif sambil mengurangkan keperluan pengumpulan dan analisis data manual.

Rangkaian penderia yang diedarkan membolehkan pemantauan serentak berbilang komponen merentas keseluruhan lokomotif. Nod sensor wayarles mengurangkan kerumitan pemasangan dan keperluan penyelenggaraan sambil menyediakan penghantaran data masa nyata kepada sistem pemprosesan pusat.

Algoritma analisis automatik memproses aliran data masuk untuk mengenal pasti masalah yang sedang berkembang dan menjana cadangan penyelenggaraan. Teknik pembelajaran mesin menyesuaikan parameter algoritma berdasarkan data sejarah dan hasil penyelenggaraan untuk meningkatkan ketepatan diagnostik dari semasa ke semasa.

Penyepaduan pangkalan data menggabungkan hasil analisis getaran dengan sejarah penyelenggaraan, keadaan operasi dan spesifikasi komponen untuk menyediakan penilaian peralatan yang komprehensif dan sokongan perancangan penyelenggaraan.

2.3.1.6. Pelaksanaan Praktikal Teknologi Pengukuran Getaran

Pembiasaan dan Persediaan Sistem Diagnostik

Diagnostik getaran yang berkesan bermula dengan pemahaman menyeluruh tentang keupayaan dan batasan peralatan diagnostik. Penganalisis mudah alih moden mengintegrasikan pelbagai fungsi pengukuran dan analisis, memerlukan latihan sistematik untuk menggunakan semua ciri yang tersedia dengan berkesan.

Konfigurasi sistem melibatkan mewujudkan parameter pengukuran yang sesuai untuk aplikasi lokomotif termasuk julat frekuensi, tetapan resolusi dan jenis analisis. Konfigurasi lalai jarang memberikan prestasi optimum untuk aplikasi tertentu, memerlukan penyesuaian berdasarkan ciri komponen dan objektif diagnostik.

Pengesahan penentukuran memastikan ketepatan pengukuran dan kebolehkesanan kepada piawaian kebangsaan. Proses ini melibatkan penyambungan sumber penentukuran ketepatan dan mengesahkan tindak balas sistem merentas julat frekuensi dan amplitud penuh yang digunakan untuk pengukuran diagnostik.

Persediaan pangkalan data menetapkan hierarki peralatan, definisi titik pengukuran dan parameter analisis untuk setiap komponen yang dipantau. Organisasi pangkalan data yang betul memudahkan pengumpulan data yang cekap dan membolehkan perbandingan automatik dengan arah aliran sejarah dan had penggera.

Pembangunan Laluan dan Konfigurasi Pangkalan Data

Pembangunan laluan melibatkan pengenalpastian sistematik titik pengukuran dan jujukan yang menyediakan liputan komprehensif bagi komponen kritikal sambil mengoptimumkan kecekapan pengumpulan data. Laluan berkesan mengimbangi kesempurnaan diagnostik dengan kekangan masa praktikal.

Pemilihan titik pengukuran mengutamakan lokasi yang memberikan kepekaan maksimum kepada keadaan kerosakan yang berpotensi sambil memastikan peletakan sensor boleh berulang dan akses keselamatan yang boleh diterima. Setiap titik pengukuran memerlukan dokumentasi lokasi tepat, orientasi penderia dan parameter pengukuran.

Sistem pengenalan komponen membolehkan organisasi dan analisis data automatik dengan menghubungkan titik pengukuran dengan item peralatan tertentu. Organisasi hierarki memudahkan analisis dan perbandingan seluruh armada antara komponen yang serupa merentasi pelbagai lokomotif.

Definisi parameter analisis menetapkan julat frekuensi, tetapan resolusi dan pilihan pemprosesan yang sesuai untuk setiap titik pengukuran. Lokasi galas memerlukan keupayaan frekuensi tinggi dengan pilihan analisis sampul surat, manakala ukuran keseimbangan dan penjajaran menekankan prestasi frekuensi rendah.

Prosedur Pemeriksaan dan Penyediaan Visual

Pemeriksaan visual menyediakan maklumat penting tentang keadaan komponen dan kemungkinan komplikasi pengukuran sebelum menjalankan pengukuran getaran. Pemeriksaan ini mendedahkan masalah jelas yang mungkin tidak memerlukan analisis getaran terperinci sambil mengenal pasti faktor yang boleh menjejaskan kualiti pengukuran.

Pemeriksaan sistem pelinciran termasuk pengesahan paras pelincir, bukti kebocoran, dan penunjuk pencemaran. Pelinciran yang tidak mencukupi menjejaskan ciri-ciri getaran dan mungkin menunjukkan kegagalan yang akan berlaku yang memerlukan perhatian segera tanpa mengira tahap getaran.

Pemeriksaan perkakasan pemasangan mengenal pasti bolt longgar, komponen rosak dan masalah struktur yang boleh menjejaskan penghantaran getaran atau pemasangan sensor. Isu ini mungkin memerlukan pembetulan sebelum pengukuran yang boleh dipercayai menjadi mungkin.

Penyediaan permukaan untuk pemasangan sensor melibatkan pembersihan permukaan ukuran, mengeluarkan cat atau kakisan, dan memastikan penglibatan berulir yang mencukupi untuk stud pelekap kekal. Penyediaan permukaan yang betul secara langsung mempengaruhi kualiti pengukuran dan kebolehulangan.

Penilaian bahaya alam sekitar mengenal pasti kebimbangan keselamatan termasuk permukaan panas, mesin berputar, bahaya elektrik dan struktur tidak stabil. Pertimbangan keselamatan mungkin memerlukan prosedur khas atau peralatan perlindungan untuk kakitangan pengukuran.

Penubuhan Mod Pengendalian Komponen

Pengukuran diagnostik memerlukan penubuhan keadaan operasi yang konsisten yang memberikan hasil yang boleh berulang dan kepekaan optimum kepada keadaan kerosakan. Pemilihan mod pengendalian bergantung pada reka bentuk komponen, instrumentasi yang tersedia dan kekangan keselamatan.

Operasi tanpa beban menyediakan ukuran garis dasar dengan pengaruh luaran yang minimum daripada pemuatan mekanikal atau variasi pemuatan elektrik. Mod ini mendedahkan masalah asas termasuk ketidakseimbangan, salah jajaran, dan kerosakan elektromagnet dengan paling jelas.

Operasi yang dimuatkan pada tahap kuasa tertentu mendedahkan fenomena bergantung pada beban yang mungkin tidak muncul semasa ujian tanpa beban. Pemuatan progresif membantu mengenal pasti masalah sensitif beban dan mewujudkan hubungan keterukan untuk tujuan aliran.

Sistem kawalan kelajuan mengekalkan kelajuan putaran yang konsisten semasa pemerolehan pengukuran untuk memastikan kestabilan frekuensi dan membolehkan analisis spektrum yang tepat. Variasi kelajuan semasa pengukuran mencipta calitan spektrum yang mengurangkan resolusi analisis dan ketepatan diagnostik.

Penubuhan keseimbangan terma memastikan pengukuran mewakili keadaan operasi biasa dan bukannya kesan permulaan sementara. Kebanyakan jentera berputar memerlukan 15-30 minit operasi untuk mencapai kestabilan terma dan tahap getaran yang mewakili.

Pengukuran dan Pengesahan Kelajuan Putaran

Pengukuran kelajuan putaran yang tepat menyediakan maklumat rujukan penting untuk analisis spektrum dan pengiraan kekerapan kerosakan. Ralat pengukuran kelajuan secara langsung menjejaskan ketepatan diagnostik dan boleh membawa kepada pengecaman kesalahan yang salah.

Takometer optik menyediakan pengukuran kelajuan bukan sentuhan menggunakan pita pemantul atau ciri permukaan semula jadi. Instrumen ini menawarkan kelebihan ketepatan dan keselamatan yang tinggi tetapi memerlukan akses garis pandang dan kontras permukaan yang mencukupi untuk operasi yang boleh dipercayai.

Penderia pikap magnet mengesan laluan ciri feromagnetik seperti gigi gear atau alur kekunci aci. Penderia ini memberikan ketepatan yang sangat baik dan imuniti terhadap pencemaran tetapi memerlukan pemasangan pikap dan sasaran pada komponen berputar.

Pengukuran kelajuan stroboskopik menggunakan lampu berkelip disegerakkan untuk mencipta imej pegun jelas komponen berputar. Teknik ini menyediakan pengesahan visual kelajuan putaran dan membolehkan pemerhatian tingkah laku dinamik semasa operasi.

Pengesahan kelajuan melalui analisis spektrum melibatkan mengenal pasti puncak spektrum yang menonjol sepadan dengan frekuensi putaran yang diketahui dan membandingkan dengan pengukuran kelajuan langsung. Pendekatan ini memberikan pengesahan ketepatan pengukuran dan membantu mengenal pasti komponen spektrum berkaitan kelajuan.

Pengumpulan Data Getaran Berbilang Titik

Pengumpulan data getaran sistematik mengikut laluan dan urutan pengukuran yang telah ditetapkan untuk memastikan liputan komprehensif sambil mengekalkan kualiti dan kecekapan pengukuran. Prosedur pengumpulan data mesti menampung keadaan capaian yang berbeza-beza dan konfigurasi peralatan.

Kebolehulangan peletakan sensor memastikan ketekalan pengukuran antara sesi pengumpulan data berturut-turut. Stud pelekap kekal memberikan kebolehulangan optimum tetapi mungkin tidak praktikal untuk semua lokasi pengukuran. Kaedah pemasangan sementara memerlukan dokumentasi yang teliti dan alat bantuan kedudukan.

Pertimbangan masa pengukuran termasuk masa penyelesaian yang mencukupi selepas pemasangan sensor, tempoh pengukuran yang mencukupi untuk ketepatan statistik, dan penyelarasan dengan jadual operasi peralatan. Pengukuran tergesa-gesa selalunya menghasilkan keputusan yang tidak boleh dipercayai yang merumitkan tafsiran diagnostik.

Dokumentasi keadaan persekitaran termasuk suhu ambien, kelembapan dan tahap latar belakang akustik yang boleh menjejaskan kualiti atau tafsiran pengukuran. Keadaan yang melampau mungkin memerlukan penangguhan pengukuran atau pengubahsuaian parameter.

Penilaian kualiti masa nyata melibatkan ciri isyarat pemantauan semasa pemerolehan untuk mengenal pasti masalah pengukuran sebelum pengumpulan data selesai. Penganalisis moden menyediakan paparan spektrum dan statistik isyarat yang membolehkan penilaian kualiti segera.

Pemantauan Akustik dan Pengukuran Suhu

Pemantauan pelepasan akustik melengkapkan analisis getaran dengan mengesan gelombang tegasan frekuensi tinggi yang dijana oleh fenomena perambatan retak, geseran dan hentaman. Pengukuran ini memberikan amaran awal tentang masalah yang timbul yang mungkin belum menghasilkan perubahan getaran yang boleh diukur.

Peranti pendengaran ultrasonik membolehkan pemantauan boleh didengar keadaan galas melalui teknik peralihan frekuensi yang menukar pancaran ultrasonik kepada frekuensi boleh didengar. Juruteknik yang berpengalaman boleh mengenal pasti bunyi ciri yang dikaitkan dengan jenis kerosakan tertentu.

Pengukuran suhu memberikan maklumat penting tentang keadaan terma komponen dan membantu mengesahkan keputusan analisis getaran. Pemantauan suhu galas mendedahkan masalah pelinciran dan keadaan pemuatan yang menjejaskan ciri getaran.

Termografi inframerah membolehkan pengukuran suhu tanpa sentuhan dan pengenalpastian corak terma yang menunjukkan masalah mekanikal. Titik panas mungkin menunjukkan masalah geseran, salah jajaran atau pelinciran yang memerlukan perhatian segera.

Analisis arah aliran suhu digabungkan dengan analisis arah aliran getaran menyediakan penilaian menyeluruh tentang keadaan komponen dan kadar degradasi. Peningkatan suhu dan getaran serentak selalunya menunjukkan proses haus yang mempercepatkan memerlukan tindakan penyelenggaraan segera.

Pengesahan Kualiti Data dan Pengesanan Ralat

Pengesahan kualiti pengukuran melibatkan penilaian sistematik terhadap data yang diperoleh untuk mengenal pasti ralat atau anomali yang berpotensi yang boleh membawa kepada kesimpulan diagnostik yang salah. Prosedur kawalan kualiti hendaklah digunakan serta-merta selepas pengumpulan data sementara keadaan pengukuran kekal segar dalam ingatan.

Penunjuk kualiti analisis spektrum termasuk lantai hingar yang sesuai, ketiadaan artifak alias yang jelas, dan kandungan frekuensi yang munasabah berbanding sumber pengujaan yang diketahui. Puncak spektrum harus sejajar dengan frekuensi yang dijangkakan berdasarkan kelajuan putaran dan geometri komponen.

Pemeriksaan bentuk gelombang masa mendedahkan ciri isyarat yang mungkin tidak jelas dalam analisis domain frekuensi. Keratan, offset DC dan anomali berkala menunjukkan masalah sistem pengukuran yang memerlukan pembetulan sebelum analisis data.

Pengesahan kebolehulangan melibatkan pengumpulan berbilang ukuran di bawah keadaan yang sama untuk menilai ketekalan pengukuran. Kebolehubahan yang berlebihan menunjukkan keadaan operasi yang tidak stabil atau masalah sistem pengukuran.

Perbandingan sejarah menyediakan konteks untuk menilai ukuran semasa berbanding dengan data sebelumnya daripada titik ukuran yang sama. Perubahan mendadak mungkin menunjukkan masalah peralatan tulen atau ralat pengukuran yang memerlukan penyiasatan.

2.3.1.7. Penilaian Keadaan Galas Praktikal Menggunakan Data Pengukuran Utama

Analisis Ralat Pengukuran dan Pengesahan Data

Diagnostik galas yang boleh dipercayai memerlukan pengenalpastian sistematik dan penghapusan ralat pengukuran yang boleh menutupi tandatangan kesalahan tulen atau mencipta petunjuk palsu. Analisis ralat bermula sejurus selepas pengumpulan data manakala keadaan dan prosedur pengukuran kekal jelas dalam ingatan.

Pengesahan analisis spektrum melibatkan pemeriksaan ciri domain frekuensi untuk konsistensi dengan sumber pengujaan yang diketahui dan keupayaan sistem pengukuran. Tanda tangan kecacatan galas tulen mempamerkan hubungan frekuensi tertentu dan corak harmonik yang membezakannya daripada artifak ukuran.

Analisis domain masa mendedahkan ciri isyarat yang mungkin menunjukkan masalah pengukuran termasuk keratan, gangguan elektrik dan gangguan mekanikal. Isyarat kecacatan galas biasanya menunjukkan ciri impulsif dengan faktor puncak tinggi dan corak amplitud berkala.

Analisis arah aliran sejarah menyediakan konteks penting untuk menilai ukuran semasa berbanding data sebelumnya daripada lokasi pengukuran yang sama. Perubahan beransur-ansur menunjukkan kemerosotan peralatan tulen manakala perubahan mendadak mungkin mencadangkan ralat pengukuran atau pengaruh luaran.

Pengesahan merentas saluran melibatkan membandingkan ukuran daripada berbilang penderia pada komponen yang sama untuk mengenal pasti sensitiviti arah dan mengesahkan kehadiran kerosakan. Kecacatan galas biasanya menjejaskan berbilang arah pengukuran sambil mengekalkan perhubungan frekuensi ciri.

Penilaian faktor persekitaran mengambil kira pengaruh luaran termasuk variasi suhu, perubahan pemuatan dan latar belakang akustik yang boleh menjejaskan kualiti atau tafsiran pengukuran. Korelasi antara keadaan persekitaran dan ciri getaran menyediakan maklumat diagnostik yang berharga.

Pengesahan Kelajuan Putaran Melalui Analisis Spektrum

Penentuan kelajuan putaran yang tepat menyediakan asas untuk semua pengiraan kekerapan kesalahan galas dan tafsiran diagnostik. Analisis spektrum menawarkan pelbagai pendekatan untuk pengesahan kelajuan yang melengkapkan pengukuran takometer langsung.

Pengenalpastian frekuensi asas melibatkan pengesanan puncak spektrum yang sepadan dengan frekuensi putaran aci, yang sepatutnya kelihatan dengan jelas dalam kebanyakan spektrum jentera berputar disebabkan oleh ketidakseimbangan baki atau sedikit salah jajaran. Frekuensi asas menyediakan rujukan asas untuk semua pengiraan frekuensi harmonik dan galas.

Analisis corak harmonik mengkaji hubungan antara frekuensi asas dan harmoniknya untuk mengesahkan ketepatan kelajuan dan mengenal pasti masalah mekanikal tambahan. Ketidakseimbangan putaran tulen menghasilkan getaran frekuensi yang kebanyakannya asas manakala masalah mekanikal menjana harmonik yang lebih tinggi.

Pengenalpastian frekuensi elektromagnet dalam aplikasi motor mendedahkan komponen frekuensi talian dan frekuensi laluan slot yang menyediakan pengesahan kelajuan bebas. Frekuensi ini mengekalkan hubungan tetap dengan kekerapan bekalan elektrik dan parameter reka bentuk motor.

Pengenalpastian frekuensi mesh gear dalam sistem bergear memberikan penentuan kelajuan yang sangat tepat melalui hubungan antara frekuensi mesh dan kelajuan putaran. Frekuensi jaringan gear biasanya menghasilkan puncak spektrum yang menonjol dengan nisbah isyarat-ke-bunyi yang sangat baik.

Penilaian variasi kelajuan meneliti ketajaman puncak spektrum dan struktur jalur sisi untuk menilai kestabilan kelajuan semasa pemerolehan pengukuran. Ketidakstabilan kelajuan mewujudkan calitan spektrum dan penjanaan jalur sisi yang mengurangkan ketepatan analisis dan mungkin menutup tandatangan kecacatan galas.

Pengiraan Kekerapan Kecacatan Galas dan Pengenalpastian

Pengiraan kekerapan kecacatan galas memerlukan data geometri galas yang tepat dan maklumat kelajuan putaran yang tepat. Pengiraan ini menyediakan frekuensi teori yang berfungsi sebagai templat untuk mengenal pasti tandatangan kecacatan galas sebenar dalam spektrum yang diukur.

Perlumbaan Luar Frekuensi Hantaran Bola (BPFO) mewakili kadar di mana elemen bergolek menghadapi kecacatan perlumbaan luar. Kekerapan ini biasanya berkisar antara 0.4 hingga 0.6 kali kekerapan putaran bergantung pada geometri galas dan ciri sudut sentuhan.

Perlumbaan Dalam Frekuensi Hantaran Bola (BPFI) menunjukkan kadar sentuhan elemen gelek dengan kecacatan perlumbaan dalam. BPFI biasanya melebihi BPFO sebanyak 20-40% dan mungkin mempamerkan modulasi amplitud pada frekuensi putaran disebabkan oleh kesan zon beban.

Kekerapan Kereta Api Asas (FTF) mewakili kekerapan putaran sangkar dan biasanya menyamai 0.35-0.45 kali kekerapan putaran aci. Kecacatan sangkar atau masalah pelinciran boleh menghasilkan getaran pada FTF dan harmoniknya.

Kekerapan Putaran Bola (BSF) menunjukkan kekerapan putaran elemen gelek individu dan jarang muncul dalam spektrum getaran melainkan elemen gelek menunjukkan kecacatan atau variasi dimensi tertentu. Pengenalpastian BSF memerlukan analisis yang teliti kerana amplitudnya yang biasanya rendah.

Pertimbangan toleransi kekerapan mengambil kira variasi pembuatan, kesan beban dan ketidakpastian pengukuran yang boleh menyebabkan frekuensi kecacatan sebenar berbeza daripada pengiraan teori. Lebar lebar carian ±5% di sekitar frekuensi yang dikira menampung variasi ini.

Pengecaman Corak Spektrum dan Pengenalpastian Kesalahan

Pengenalpastian kerosakan galas memerlukan teknik pengecaman corak sistematik yang membezakan tandatangan kecacatan galas tulen daripada sumber getaran lain. Setiap jenis kerosakan menghasilkan corak spektrum ciri yang membolehkan diagnosis khusus apabila ditafsirkan dengan betul.

Tanda tangan kecacatan perlumbaan luar biasanya muncul sebagai puncak spektrum diskret pada BPFO dan harmoniknya tanpa modulasi amplitud yang ketara. Ketiadaan jalur sisi frekuensi putaran membezakan kecacatan perlumbaan luar daripada masalah perlumbaan dalaman.

Tanda tangan kecacatan perlumbaan dalaman mempamerkan kekerapan asas BPFI dengan jalur sisi dijarakkan pada selang frekuensi putaran. Modulasi amplitud ini terhasil daripada kesan zon beban apabila kawasan yang rosak berputar melalui keadaan beban yang berbeza-beza.

Tanda tangan kecacatan elemen bergolek mungkin muncul di BSF atau mencipta modulasi frekuensi galas lain. Kecacatan ini sering menghasilkan corak spektrum kompleks yang memerlukan analisis yang teliti untuk membezakan daripada kecacatan kaum.

Tanda tangan kecacatan sangkar biasanya nyata di FTF dan harmoniknya, selalunya disertai dengan peningkatan tahap hingar latar belakang dan ciri amplitud yang tidak stabil. Masalah sangkar juga boleh memodulasi frekuensi galas lain.

Pelaksanaan Analisis Sampul dan Tafsiran

Analisis sampul mengekstrak maklumat modulasi amplitud daripada getaran frekuensi tinggi untuk mendedahkan corak kecacatan galas frekuensi rendah. Teknik ini terbukti amat berkesan untuk mengesan kecacatan galas peringkat awal yang mungkin tidak menghasilkan getaran frekuensi rendah yang boleh diukur.

Pemilihan jalur frekuensi untuk analisis sampul surat memerlukan pengenalpastian resonans struktur atau bearing frekuensi semula jadi yang menjadi teruja dengan menanggung daya hentaman. Jalur frekuensi optimum biasanya berkisar antara 1000-8000 Hz bergantung pada saiz galas dan ciri pelekap.

Parameter reka bentuk penapis memberi kesan ketara kepada keputusan analisis sampul surat. Penapis laluan jalur harus menyediakan lebar jalur yang mencukupi untuk menangkap ciri resonans sambil mengecualikan resonans bersebelahan yang mungkin mencemarkan hasil. Ciri roll-off penapis mempengaruhi tindak balas sementara dan kepekaan pengesanan kesan.

Tafsiran spektrum sampul mengikuti prinsip yang serupa dengan analisis spektrum konvensional tetapi memfokuskan pada frekuensi modulasi dan bukannya frekuensi pembawa. Kekerapan kecacatan galas muncul sebagai puncak diskret dalam spektrum sampul surat dengan amplitud yang menunjukkan keterukan kecacatan.

Penilaian kualiti analisis sampul melibatkan penilaian pemilihan penapis, ciri jalur frekuensi dan nisbah isyarat kepada hingar untuk memastikan hasil yang boleh dipercayai. Keputusan analisis sampul surat yang lemah mungkin menunjukkan pemilihan penapis yang tidak sesuai atau pengujaan resonans struktur yang tidak mencukupi.

Penilaian Amplitud dan Klasifikasi Keterukan

Penilaian keterukan kecacatan galas memerlukan penilaian sistematik amplitud getaran berbanding dengan kriteria yang ditetapkan dan arah aliran sejarah. Klasifikasi keterukan membolehkan perancangan penyelenggaraan dan penilaian risiko untuk operasi berterusan.

Kriteria amplitud mutlak menyediakan garis panduan am untuk penilaian keadaan galas berdasarkan pengalaman dan piawaian industri. Kriteria ini biasanya menetapkan tahap amaran dan penggera untuk getaran keseluruhan dan jalur frekuensi tertentu.

Analisis aliran menilai perubahan amplitud dari semasa ke semasa untuk menilai kadar degradasi dan meramalkan baki hayat berguna. Pertumbuhan amplitud eksponen selalunya menunjukkan kerosakan yang mempercepatkan yang memerlukan tindakan penyelenggaraan segera.

Analisis perbandingan menilai keadaan galas berbanding dengan galas yang serupa dalam aplikasi yang sama untuk mengambil kira keadaan operasi dan ciri pemasangan tertentu. Pendekatan ini memberikan penilaian keterukan yang lebih tepat daripada kriteria mutlak sahaja.

Penyepaduan berbilang parameter menggabungkan maklumat daripada tahap getaran keseluruhan, frekuensi kecacatan tertentu, keputusan analisis sampul surat dan pengukuran suhu untuk menyediakan penilaian galas yang komprehensif. Analisis parameter tunggal mungkin memberikan maklumat yang tidak lengkap atau mengelirukan.

Analisis Kesan Zon Beban dan Corak Modulasi

Pengagihan beban galas memberi kesan ketara pada tandatangan getaran dan tafsiran diagnostik. Kesan zon beban mencipta corak modulasi amplitud yang memberikan maklumat tambahan tentang keadaan galas dan ciri pemuatan.

Modulasi kecacatan perlumbaan dalaman berlaku apabila kawasan yang rosak berputar melalui zon beban yang berbeza-beza semasa setiap revolusi. Modulasi maksimum berlaku apabila kecacatan sejajar dengan kedudukan beban maksimum manakala modulasi minimum sepadan dengan kedudukan yang dipunggah.

Pengenalpastian zon beban melalui analisis modulasi mendedahkan corak pemuatan galas dan mungkin menunjukkan salah jajaran, masalah asas atau pengagihan beban yang tidak normal. Corak modulasi asimetri mencadangkan keadaan pemuatan yang tidak seragam.

Analisis jalur sisi meneliti komponen frekuensi mengelilingi frekuensi kecacatan galas untuk mengukur kedalaman modulasi dan mengenal pasti sumber modulasi. Jalur sisi frekuensi putaran menunjukkan kesan zon beban manakala frekuensi jalur sisi lain mungkin mendedahkan masalah tambahan.

Analisis fasa corak modulasi menyediakan maklumat tentang lokasi kecacatan berbanding dengan zon beban dan boleh membantu meramalkan corak perkembangan kerosakan. Teknik analisis lanjutan boleh menganggarkan baki hayat galas berdasarkan ciri modulasi.

Integrasi dengan Teknik Diagnostik Pelengkap

Penilaian galas yang komprehensif menyepadukan analisis getaran dengan teknik diagnostik pelengkap untuk meningkatkan ketepatan dan mengurangkan kadar penggera palsu. Pendekatan diagnostik berbilang memberikan pengesahan pengenalpastian masalah dan penilaian keterukan yang dipertingkatkan.

Analisis minyak mendedahkan zarah haus galas, tahap pencemaran, dan kemerosotan pelincir yang berkorelasi dengan keputusan analisis getaran. Meningkatkan kepekatan zarah haus selalunya mendahului perubahan getaran yang dapat dikesan dalam beberapa minggu.

Pemantauan suhu memberikan petunjuk masa nyata tentang keadaan terma galas dan tahap geseran. Peningkatan suhu selalunya mengiringi peningkatan getaran semasa proses degradasi galas.

Pemantauan pelepasan akustik mengesan gelombang tekanan frekuensi tinggi daripada perambatan retak dan fenomena sentuhan permukaan yang mungkin mendahului tandatangan getaran konvensional. Teknik ini menyediakan keupayaan pengesanan kesalahan seawal mungkin.

Pemantauan prestasi menilai kesan galas pada operasi sistem termasuk perubahan kecekapan, variasi pengagihan beban dan kestabilan operasi. Kemerosotan prestasi mungkin menunjukkan masalah galas yang memerlukan penyiasatan walaupun tahap getaran masih boleh diterima.

Keperluan Dokumentasi dan Pelaporan

Diagnostik galas yang berkesan memerlukan dokumentasi komprehensif prosedur pengukuran, keputusan analisis dan cadangan penyelenggaraan untuk menyokong pembuatan keputusan dan menyediakan rekod sejarah untuk analisis aliran.

Dokumentasi pengukuran termasuk konfigurasi peralatan, keadaan persekitaran, parameter operasi dan hasil penilaian kualiti. Maklumat ini membolehkan kebolehulangan pengukuran masa hadapan dan menyediakan konteks untuk tafsiran hasil.

Dokumentasi analisis merekodkan prosedur pengiraan, kaedah pengenalpastian kekerapan, dan penaakulan diagnostik untuk menyokong kesimpulan dan membolehkan semakan rakan sebaya. Dokumentasi terperinci memudahkan pemindahan pengetahuan dan aktiviti latihan.

Dokumentasi pengesyoran menyediakan panduan penyelenggaraan yang jelas termasuk klasifikasi mendesak, cadangan prosedur pembaikan dan keperluan pemantauan. Syor harus termasuk justifikasi teknikal yang mencukupi untuk menyokong keputusan perancangan penyelenggaraan.

Penyelenggaraan pangkalan data sejarah memastikan hasil pengukuran dan analisis kekal boleh diakses untuk analisis aliran dan kajian perbandingan. Organisasi pangkalan data yang betul memudahkan analisis seluruh armada dan mengenal pasti masalah biasa merentas peralatan yang serupa.

Conclusion

Diagnostik getaran komponen lokomotif kereta api mewakili disiplin kejuruteraan yang canggih yang menggabungkan prinsip mekanikal asas dengan teknologi pengukuran dan analisis lanjutan. Panduan komprehensif ini telah meneroka elemen penting yang diperlukan untuk pelaksanaan berkesan pemantauan keadaan berasaskan getaran dalam operasi penyelenggaraan lokomotif.

Asas diagnostik getaran yang berjaya terletak pada pemahaman menyeluruh tentang fenomena ayunan dalam jentera berputar dan ciri khusus Blok Roda-Motor (WMB), Blok Roda-Gear (WGB) dan Mesin Bantu (AM). Setiap jenis komponen membentangkan tandatangan getaran unik yang memerlukan pendekatan analisis dan teknik tafsiran khusus.

Sistem diagnostik moden menyediakan keupayaan berkuasa untuk pengesanan kesalahan awal dan penilaian keterukan, tetapi keberkesanannya bergantung secara kritikal pada pelaksanaan yang betul, kawalan kualiti pengukuran dan tafsiran hasil yang mahir. Penyepaduan pelbagai teknik diagnostik meningkatkan kebolehpercayaan dan mengurangkan kadar penggera palsu sambil memberikan penilaian menyeluruh terhadap keadaan komponen.

Kemajuan berterusan dalam teknologi penderia, algoritma analisis dan keupayaan penyepaduan data menjanjikan peningkatan selanjutnya dalam ketepatan diagnostik dan kecekapan operasi. Organisasi penyelenggaraan kereta api yang melabur dalam keupayaan diagnostik getaran yang komprehensif akan merealisasikan faedah yang ketara melalui pengurangan kegagalan yang tidak dirancang, penjadualan penyelenggaraan yang dioptimumkan dan keselamatan operasi yang dipertingkatkan.

Kejayaan pelaksanaan diagnostik getaran memerlukan komitmen berterusan terhadap latihan, kemajuan teknologi dan prosedur jaminan kualiti. Memandangkan sistem kereta api terus berkembang ke arah kelajuan yang lebih tinggi dan keperluan kebolehpercayaan yang lebih tinggi, diagnostik getaran akan memainkan peranan yang semakin kritikal dalam mengekalkan operasi lokomotif yang selamat dan cekap.