Înțelegerea benzilor laterale în analiza vibrațiilor
Benzi laterale sunt mici vârfuri de frecvență care apar într-un Spectrul FFT la intervale egale de o parte și de alta a unui vârf central mai înalt, cunoscut sub numele de frecvența purtătoarei. Prezența lor este un semn clar al modulare — o stare în care un semnal este „imprimat” asupra altuia — iar distanța dintre benzile laterale este egală cu frecvența semnalului de modulare. Deoarece această distanță indică direct elementul rotativ responsabil, benzile laterale se numără printre cele mai puternice și mai concludente semne diagnostice din analiza vibrațiilor, în special pentru gearbox și rulment detectarea defectelor.
1. Ce sunt benzile laterale: modularea în spectru
Modulația este un concept cunoscut din domeniul radioului, iar mecanismul din cutia de viteze este același. Intensitatea unui ton constant de înaltă frecvență (purtătorul) este modificată de un semnal repetitiv cu frecvență mai mică (modulatorul); în spectru, această variație nu estompează vârful purtătorului — ci împarte energia în vârfuri satelit simetrice. Purtătorul în sine este de obicei un vibrație forțată generat de funcționarea normală, în timp ce modulatorul este ritmul de o dată pe rotație al unei componente defecte. Recunoașterea acestui tipar este ceea ce face diferența între un diagnostic sigur și o simplă presupunere.
2. Cum se generează benzile laterale
Benzile laterale se formează atunci când amplitudinea unui semnal de vibrație primar — purtătorul — este modificată în timp de un al doilea semnal, mai lent: modulatorul. Un exemplu clasic este un dinte de roată defect:
- The Frecvența de angrenare (GMF) este purtătorul. Aceasta este o frecvență înaltă generată de angrenarea normală a dinților roților dințate.
- Un singur dinte fisurat pe roata dințată produce un impact o dată la fiecare rotație. De fiecare dată când dinte defect intră în angrenaj, acel impact modulează — adică modifică amplitudinea — semnalului GMF.
- The viteză de rotație a angrenajului este, prin urmare, frecvența de modulare.
Rezultatul în spectrul FFT este un vârf amplu la frecvența fundamentală (purtătoare), flancat de vârfuri mai mici ale benzilor laterale, distanțate la intervale corespunzătoare vitezei de rotație a roții dințate. Acest model demonstrează nu numai că există o defecțiune, ci și că aceasta se află pe roata dințată respectivă. Relația este exprimată printr-o formulă simplă:
Frecvența benzii laterale = Frecvența purtătoarei ± (n × Frecvența de modulație), unde n = 1, 2, 3 …
Astfel, ansamblul de vârfuri situate deasupra și sub semnalul purtător formează un pieptene cu intervale uniforme, iar măsurarea intervalelor în hertzi — urmată de conversia acestora în rotații pe minut — îi indică analistului cu exactitate care este arborele care prezintă o defecțiune.
3. Aplicații cheie în domeniul diagnosticării mașinilor
Diagnosticul cutiei de viteze
Aceasta este principala aplicație pentru analiza benzilor laterale.
- Benzile laterale din jurul GMF: dacă în jurul curbei GMF a unui angrenaj apar benzi laterale distanțate la viteza de rotație a acestuia, acestea indică o defecțiune la angrenajul respectiv — un dinte fisurat, un dinte uzat sau excentricitate.
- Benzile laterale din jurul armonicelor GMF: defecțiunile grave vor genera adesea benzi laterale și în jurul valorilor de 2× și 3× GMF, astfel încât modelul în formă de pieptene se repetă în jurul fiecărei armonic.
- Frecvența dinților de vânătoare: în ansamblurile complexe de angrenaje, benzi laterale specifice neîntregi la frecvența dinților de vânătoare poate identifica o defecțiune care apare doar atunci când doi dinți specifici de pe roți dințate diferite intră în contact.
Diagnosticul rulmenților cu elemente de rulare
Benzile laterale sunt, de asemenea, esențiale pentru confirmarea bearing faults, în special defectele specifice rasei:
- Un defect la rasă interioară se rotește odată cu arborele, iar pe măsură ce intră și iese din zona de sarcină a rulmentului, amplitudinea șocurilor pe care le generează crește și scade.
- Aceasta generează o modulație de amplitudine a frecvenței defectului din interiorul pistei, BPFI.
- Spectrul rezultat prezintă un vârf la BPFI cu benzi laterale distanțate la o valoare egală cu de 1× viteza de rotație a arborelui. Observarea acestui tipar constituie un indicator extrem de fiabil al existenței unui defect la nivelul rasei — și acesta este unul dintre motive analiza anvelopei este atât de eficient în demodularea acestor semnale.
Diagnosticul motoarelor electrice
Problemele cu barele rotorului într-un motor cu inducție de curent alternativ pot cauza apariția benzilor laterale în jurul vârfului de viteză de funcționare 1x. Aceste benzi laterale sunt distanțate la frecvența de trecere a polului - a frecvența de alunecare puterea motorului înmulțită cu numărul de poli ai motorului — și reprezintă o caracteristică clasică a bare de rotor rupte.
4. Aspecte legate de analiză
Pentru a utiliza eficient analiza benzilor laterale, sunt esențiale date de înaltă calitate:
- Rezoluție înaltă: este necesară o FFT de înaltă rezoluție (de exemplu, 3200 sau 6400 de linii) pentru a observa clar vârfurile benzilor laterale și pentru a măsura cu precizie distanța dintre ele. La o rezoluție scăzută, benzile laterale se „estompează” împreună cu vârful purtătoarei. Relația dintre numărul de linii, intervalul și rezoluție poate fi verificată cu ajutorul unui Calculator pentru rezoluția FFT.
- În tendințe: numărul și amplitudinea benzilor laterale constituie un bun indicator al gravității defecțiunii. Pe măsură ce defecțiunea se agravează, apar mai multe benzi laterale, iar amplitudinea acestora crește, astfel încât înregistrarea lor în timp prin intermediul analiza tendințelor monitorizează deteriorarea.
- FFT cu zoom: a FFT cu zoom O funcție a unui analizor permite analistului să mărească un interval îngust de frecvențe la o rezoluție foarte mare, pentru a confirma prezența și distanța dintre benzile laterale.
5. Interpretarea distanțelor: de la model la diagnostic
Puterea de diagnosticare a unei familii de benzi laterale rezidă în calculele sale. Deoarece distanța dintre dinți este egală cu frecvența de modulare, un analist poate urmări traseul invers, de la pâlnie până la cauza problemei: o distanță la 1× viteza arborelui indică faptul că acesta este de vină; o distanță la frecvența de trecere a polilor legată de alunecare indică starea electrică a motorului; o distanță care nu este un număr întreg indică o pereche specifică de dinți. Măsurarea în avans a frecvenței angrenajului și a structurii sale preconizate a benzii laterale — de exemplu, cu un calculator frecvență angrenaj — permite analistului să prevadă exact unde trebuie să se uite înainte de a deschide spectrul.
Pe teren, aceste modele sunt înregistrate cu ajutorul unui analizor de spectru portabil, care este transportat de la o mașină la alta. Un instrument precum Balanset-1A măsoară spectrul de vibrații al unei mașini în funcțiune la o rezoluție suficient de mare pentru a distinge „pene” de benzi laterale în jurul frecvenței unei defecțiuni la angrenaj sau la rulment, astfel încât un inginer să poată confirma diagnosticul la fața locului; iar atunci când aceeași analiză arată că problema principală este una simplă dezechilibra mai degrabă decât un defect al dinților sau al piesei, instrumentul se îndreaptă direct spre echilibrarea câmpului to correct it.
Atunci când un analist identifică un model clar și simetric de bandă laterală la distanța preconizată, gradul de încredere al diagnostic trece de la „posibil” la „foarte probabil” — tocmai de aceea benzile laterale sunt considerate una dintre cele mai fiabile amprente din acest domeniu.
