Analiza obwiedni (demodulacja) w celu wczesnego wykrywania błędów

Definicja: Czym jest analiza kopert?

Analiza koperty, znany również jako demodulacja Obwiednia o wysokiej częstotliwości (ang. high-frequency enveloping) to zaawansowana technika przetwarzania sygnałów wykorzystywana w analizie drgań do wykrywania usterek we wczesnym stadium w łożyskach tocznych i przekładniach. Tego typu usterki, takie jak mikroskopijne pęknięcia lub odpryski, generują serię fal naprężeń o niskiej energii i wysokiej częstotliwości, czyli „uderzeń”, za każdym razem, gdy element toczny przechodzi nad defektem. Analiza obwiedni to metoda ekstrakcji tych powtarzających się sygnałów uderzeń z ogólnych drgań tła maszyny.

Dlaczego standardowa metoda FFT nie wystarcza?

Energia tych drobnych, początkowych uderzeń jest często zbyt niska i ma zbyt wysoką częstotliwość, aby można ją było zaobserwować w standardowym widmie drgań (FFT). Sygnał jest często zagłuszany przez szum tła lub tłumiony przez silniejsze drgania o niższej częstotliwości, pochodzące ze źródeł takich jak niewyważenie lub rozosiowanie. Uderzenia działają jak *modulator* naturalnych częstotliwości rezonansowych maszyny. Analiza obwiedni ma na celu demodulację tego sygnału i ujawnienie leżących u jego podstaw częstotliwości błędów.

Proces analizy koperty

Technika ta polega na izolowaniu sygnałów o wysokiej częstotliwości, a następnie badaniu częstotliwości ich powtarzania. Proces ten obejmuje kilka etapów:

1. Filtracja pasmowo-przepustowa: Surowy sygnał wibracji jest najpierw przepuszczany przez filtr górnoprzepustowy lub pasmowo-przepustowy. Usuwa on wszystkie silne wibracje o niskiej częstotliwości (np. poniżej 1 kHz lub 5 kHz) i izoluje wysokoczęstotliwościowe drgania i fale naprężeń związane z uderzeniami.
2. Sprostowanie: Przefiltrowany sygnał o wysokiej częstotliwości jest następnie prostowany, co w zasadzie zamienia ujemną część sygnału na dodatnią. To przygotowuje sygnał do obwiedni.
3. Obwiednia (filtr dolnoprzepustowy): Do wyprostowanego sygnału stosowany jest filtr dolnoprzepustowy. Wygładza on sygnał nośny o wysokiej częstotliwości, pozostawiając jedynie „obwiednię” – przebieg reprezentujący wzór modulacji amplitudy, czyli częstotliwość powtarzania pierwotnych uderzeń.
4. FFT koperty: Na koniec, na tym nowym sygnale obwiedni przeprowadzana jest szybka transformata Fouriera (FFT). Uzyskane „widmo obwiedni” wyraźnie pokazuje częstotliwość powtarzających się uderzeń.

Diagnozowanie usterek za pomocą widma obwiedni

Szczyty w widmie obwiedni odpowiadają obliczonemu łożysku częstotliwości błędówPorównując szczyty widma z tymi znanymi częstotliwościami, analityk może określić dokładną lokalizację usterki:

• BPFO (Częstotliwość podań piłki, bieżnia zewnętrzna): Oznacza uszkodzenie nieruchomej zewnętrznej bieżni łożyska.
• BPFI (Częstotliwość podań piłki, bieg wewnętrzny): Wskazuje na defekt w obracającej się bieżni wewnętrznej. Ten szczyt często będzie miał pasma boczne przy 1x obr./min, ponieważ defekt przemieszcza się w obrębie strefy obciążenia.
• BSF (częstotliwość wirowania piłki): Oznacza uszkodzenie jednego z elementów tocznych (kulek lub rolek).
• FTF (Podstawowa częstotliwość pociągów): Najniższa częstotliwość, wskazująca na usterkę koszyka łożyska, który utrzymuje rolki na miejscu.

Podobnie w przypadku skrzyń biegów widmo obwiedni może ujawnić szczyty prędkości obrotowej koła zębatego, które ma pęknięty lub złamany ząb, co wskazuje na powtarzające się uderzenia raz na obrót.

Siła wczesnego wykrywania

Podstawową zaletą analizy obwiedni jest jej czułość. Pozwala ona wykryć usterki łożysk i przekładni na miesiące, a nawet rok, zanim staną się one widoczne w standardowym widmie prędkości lub wygenerują wystarczająco dużo ciepła, aby można je było zaobserwować za pomocą termografii w podczerwieni. Zapewnia to nieocenione wczesne ostrzeganie, umożliwiając planowanie i harmonogramowanie konserwacji z minimalnymi zakłóceniami, zapobiegając katastrofalnym awariom i uszkodzeniom wtórnym.

← Powrót do indeksu głównego