Kurtoza în analiza vibrațiilor pentru detectarea defectelor

Definiție: Ce este kurtoza?

Kurtoză este un parametru statistic care descrie forma unei distribuții de probabilitate. În analiza vibrațiilor, se aplică semnalului de undă temporală pentru a măsura „caracterul culminant” sau „impulsivitatea” acestuia. Un semnal cu kurtoză ridicată este caracterizat prin vârfuri sau impacturi ascuțite și distincte, în timp ce un semnal cu kurtoză scăzută este mai plat sau mai rotunjit. Acesta oferă o singură valoare numerică ce poate indica o modificare a caracterului fundamental al semnalului de vibrație, chiar dacă energia generală (valoarea RMS) nu s-a modificat semnificativ.

Valoarea diagnostică a kurtozei

Valoarea principală a kurtozei în monitorizarea stării este sensibilitatea sa ridicată la defecte impulsive în stadiu incipientMulte defecte mecanice încep ca fisuri sau exfolieri microscopice. Pe măsură ce aceste defecte în curs de dezvoltare intră în contact, ele generează impacturi de scurtă durată și de înaltă frecvență. Aceste impacturi provoacă vârfuri ascuțite în forma de undă temporală a vibrației, care cresc dramatic valoarea kurtozei cu mult înainte ca defectul să crească suficient de mare pentru a afecta nivelul general de vibrații RMS al mașinii.

Prin urmare, kurtoza este un instrument excelent pentru:

• Detectarea timpurie a defecțiunilor la rulmenți: Este una dintre cele mai eficiente metode pentru detectarea primelor semne ale unei exfolieri pe calea rulmentului sau pe elementul de rulare.
• Detectarea defecțiunilor dinților angrenajului: Un dinte de angrenaj crăpat sau rupt va produce un impact distinct o dată pe rotație, care este ușor detectat printr-o valoare a kurtozei în creștere.
• Detectarea frecărilor sau impacturilor intermitente: Orice eveniment neuniform, cu impact, în cadrul unei mașini poate fi evidențiat prin această măsurătoare.

Interpretarea valorilor Kurtosis

Kurtoza este o valoare normalizată. Pentru o distribuție gaussiană (normală) perfectă, tipică vibrației aleatorii de fond într-o mașină sănătoasă, valoarea kurtozei este **3,0**. Abaterile de la această valoare sunt semnificative din punct de vedere diagnostic:

• Kurtoză ≈ 3,0: Indică faptul că vibrația este aleatorie și gaussiană, sugerând o funcționare normală și sănătoasă.
• Kurtoză > 3,0: Indică faptul că semnalul devine mai „acutic” sau impulsiv decât în mod normal. O valoare a kurtozei în creștere este un semn clar de avertizare a impacturilor în curs de dezvoltare. Valori de 5, 10 sau chiar mai mari sunt frecvente atunci când sunt prezente defecte semnificative ale rulmenților sau angrenajelor.
• Kurtoză < 3.0: Indică faptul că semnalul este mai plat decât o distribuție normală. Acest lucru se poate întâmpla uneori la anumite tipuri de frecare sau când semnalul este dominat de o vibrație sinusoidală foarte curată.

Ciclul de viață al kurtozei unui defect de rulment

Atunci când se urmărește o defecțiune a unui rulment de la început până la cedare, valoarea kurtozei urmează adesea un model previzibil:

1. Stadiul sănătos: Kurtoza este stabilă și apropiată de 3,0.
2. Stadiul incipient al defecțiunii: Se formează un defect microscopic. Se generează impacturi ascuțite și distincte, care determină creșterea semnificativă a kurtozei (de exemplu, la 5,0 sau mai mult). Vibrația RMS generală poate fi încă scăzută. Acesta este momentul ideal pentru detectarea defecțiunii.
3. Stadiul defectului dezvoltat: Pe măsură ce defectul crește și se răspândește, impactul devine mai frecvent și mai puțin distinct. Semnalul începe să semene din nou cu un zgomot aleatoriu, deși la un nivel de energie mult mai ridicat. În consecință, valoarea kurtozei poate *scădea* și reveni la 3,0, în timp ce nivelul vibrațiilor RMS începe acum să crească dramatic.
4. Etapa târzie/de eșec: Rulmentul este grav avariat, iar vibrațiile sunt puternice și adesea aleatorii. Kurtoza rămâne aproape de 3,0, dar valoarea RMS este acum în stare de alarmă.

Acest ciclu de viață evidențiază de ce kurtoza este atât de valoroasă. „Punctul ideal” pentru detectare este în stadiile incipiente, când kurtoza crește. Bazându-ne doar pe RMS ar însemna că defectul nu este detectat până când nu a devenit deja semnificativ.

Limitări

Deși este puternică, kurtoza ar trebui utilizată alături de alte tehnici, cum ar fi analiza spectrală și a formelor de undă. Poate fi sensibilă la șocuri aleatorii, care nu au legătură cu mașinile, așa că este cel mai bine utilizată ca parametru de trend. O creștere constantă a kurtozei în timp este un indicator mult mai fiabil decât o singură citire ridicată.

← Înapoi la indexul principal