Kurtóza vo vibračnej analýze pre detekciu porúch

Definícia: Čo je to kurtóza?

Kurtóza je štatistický parameter, ktorý opisuje tvar rozdelenia pravdepodobnosti. Vo vibračnej analýze sa aplikuje na signál časového priebehu na meranie jeho „vrcholovosti“ alebo „impulzívnosti“. Signál s vysokou špicatosťou sa vyznačuje ostrými, zreteľnými vrcholmi alebo nárazmi, zatiaľ čo signál s nízkou špicatosťou je plochejší alebo zaoblenejší. Poskytuje jednu číselnú hodnotu, ktorá môže naznačovať zmenu v základnom charaktere vibračného signálu, aj keď sa celková energia (hodnota RMS) významne nezmenila.

Diagnostická hodnota kurtózy

Hlavnou hodnotou špicatosti pri monitorovaní stavu je jej vysoká citlivosť na impulzívne poruchy v ranom štádiuMnohé mechanické poruchy začínajú ako mikroskopické praskliny alebo odlupovanie. Keď sa tieto vyvíjajúce sa poruchy dostanú do kontaktu, generujú krátkodobé vysokofrekvenčné nárazy. Tieto nárazy spôsobujú ostré vrcholy v priebehu vibrácií, ktoré dramaticky zvyšujú hodnotu špicatosti dlho predtým, ako porucha narastie natoľko, aby ovplyvnila celkovú úroveň vibrácií RMS stroja.

Kurtóza je preto vynikajúcim nástrojom na:

• Včasná detekcia poruchy ložiska: Je to jedna z najúčinnejších metód na detekciu prvých príznakov odlupovania na ložiskovom krúžku alebo valivom telese.
• Detekcia poruchy zubov ozubeného kolesa: Prasknutý alebo zlomený zub ozubeného kolesa vyvolá zreteľný náraz raz za otáčku, ktorý sa ľahko zistí podľa rastúcej hodnoty špicatosti.
• Detekcia občasného trenia alebo nárazov: Týmto meraním možno zdôrazniť akúkoľvek nerovnomernú, nárazovú udalosť v stroji.

Interpretácia hodnôt kurtosy

Kurtóza je normalizovaná hodnota. Pre dokonalé Gaussovo (normálne) rozdelenie, ktoré je typické pre náhodné vibrácie pozadia v zdravom stroji, je hodnota kurtózy **3,0**. Odchýlky od tejto hodnoty sú diagnosticky významné:

• Kurtóza ≈ 3,0: Znamená to, že vibrácie sú náhodné a Gaussovské, čo naznačuje normálnu a zdravú prevádzku.
• Kurtóza > 3,0: Znamená to, že signál sa stáva „špičkovejším“ alebo impulzívnejším ako zvyčajne. Rastúca hodnota špicatosti je jasným varovným signálom vyvíjajúcich sa nárazov. Hodnoty 5, 10 alebo aj vyššie sú bežné, keď sú prítomné významné poruchy ložísk alebo ozubených kolies.
• Kurtóza < 3.0: Znamená to, že signál je plochejší ako normálne rozdelenie. Toto sa niekedy môže vyskytnúť pri určitých typoch trenia alebo keď v signále dominujú veľmi čisté, sínusové vibrácie.

Životný cyklus kurtozy ložiskovej poruchy

Pri sledovaní poruchy ložiska od vzniku až po poruchu sa hodnota špicatosti často riadi predvídateľným vzorcom:

1. Zdravé štádium: Kurtóza je stabilná a blízka hodnote 3,0.
2. Štádium skorej poruchy: Vzniká mikroskopická chyba. Vznikajú ostré, zreteľné nárazy, ktoré spôsobujú výrazný nárast špicatosti (napr. na 5,0 alebo viac). Celková RMS vibrácia môže byť stále nízka. Toto je ideálny čas na zistenie chyby.
3. Fáza rozvinutej poruchy: Ako sa defekt zväčšuje a šíri, nárazy sa stávajú častejšími a menej zreteľnými. Signál sa opäť začína podobať náhodnému šumu, hoci na oveľa vyššej energetickej úrovni. V dôsledku toho sa hodnota špicatosti môže *znížiť* a vrátiť sa k hodnote 3,0, zatiaľ čo úroveň vibrácií RMS teraz začne dramaticky stúpať.
4. Neskorá/zlyhávacia fáza: Ložisko je vážne poškodené a vibrácie sú vysoké a často náhodné. Kurtosis zostáva blízko 3,0, ale hodnota RMS je teraz v alarme.

Tento životný cyklus zdôrazňuje, prečo je špicatosť taká cenná. „Ideálna zóna“ pre detekciu je v počiatočných štádiách, keď špicatosť stúpa. Spoliehanie sa iba na RMS by znamenalo, že chyba sa nezisti, kým sa nestane významnou.

Obmedzenia

Hoci je špicatosť účinná, mala by sa používať spolu s inými technikami, ako je spektrálna a vlnová analýza. Môže byť citlivá na náhodné, nesúvisiace so strojovým zariadením otrasy, preto sa najlepšie používa ako trendový parameter. Konzistentný nárast špicatosti v priebehu času je oveľa spoľahlivejším ukazovateľom ako jednorazová vysoká hodnota.

← Späť na hlavný index