Pochopenie postranných pásiem vo vibračnej analýze
Bočné pásma sú malé frekvenčné špičky, ktoré sa objavujú v Spektrum FFT v rovnakých intervaloch po oboch stranách väčšieho centrálneho vrcholu známeho ako nosná frekvencia. Ich prítomnosť je definitívnym znakom modulácia - stav, keď sa jeden signál “otláča” do druhého - a vzdialenosť medzi postrannými pásmi sa rovná frekvencii modulačného signálu. Keďže tento odstup ukazuje priamo na zodpovednú rotujúcu zložku, bočné pásma patria medzi najsilnejšie a najjednoznačnejšie diagnostické vzory v analýza vibrácií, najmä pre prevodovka a ložisko detekcia porúch.
1. Čo sú bočné pásma: Modulácia v spektre
Modulácia je známa z rádia a rovnaký mechanizmus funguje aj v prevodovke. Stabilný vysokofrekvenčný tón (nosná) má svoju silu menenú pomalšie sa opakujúcou udalosťou (modulátor); v spektre táto zmena nerozmazáva špičku nosnej - rozdeľuje energiu na symetrické satelitné špičky. Samotná nosná vlna je zvyčajne vynútené vibrácie generované pri normálnej prevádzke, zatiaľ čo modulátor je rytmus raz za otáčku chybnej súčiastky. Rozpoznanie vzoru je to, čo oddeľuje istú diagnózu od odhadu.
2. Ako sa generujú bočné pásma
Vedľajšie pásma vznikajú, keď sa amplitúda primárneho vibračného signálu - nosného signálu - mení v čase pomocou druhého, pomalšieho signálu: modulátora. Klasickým príkladom je chybný zub ozubeného kolesa:
- Stránka Frekvencia záberu ozubených kolies (GMF) je nosič. Ide o vysokú frekvenciu, ktorá vzniká pri normálnom zasekávaní zubov ozubeného kolesa.
- Jediný prasknutý zub na tomto ozubenom kolese spôsobí náraz raz za otáčku. Zakaždým, keď sa chybný zub dostane do záberu, tento náraz moduluje - mení amplitúdu - signálu GMF.
- Stránka rýchlosť otáčania prevodovky je preto modulačná frekvencia.
Výsledkom v spektre FFT je veľký vrchol pri GMF (nosnej frekvencii), ktorý je lemovaný menšími vrcholmi bočného pásma s odstupom rýchlosti otáčania prevodovky. Tento vzor dokazuje nielen existenciu poruchy, ale aj to, že sa nachádza na tomto konkrétnom prevodovom stupni. Vzťah je zachytený jednoduchým vzorcom:
Frekvencia bočného pásma = nosná frekvencia ± (n × modulačná frekvencia), kde n = 1, 2, 3 ...
Rodina vrcholov nad a pod nosnou preto tvorí rovnomerne rozmiestnený hrebeň a počítanie rozstupov v hertzoch - a následný prevod na otáčky za minútu - analytikovi presne ukáže, ktorý hriadeľ sa správa nesprávne.
3. Kľúčové aplikácie v diagnostike strojov
Diagnostika prevodovky
Toto je primárna aplikácia pre analýzu bočného pásma:
- Bočné pásma okolo GMF: ak sa v okolí GMF prevodovky objavia postranné pásy rozmiestnené pri rýchlosti chodu prevodovky, znamenajú poruchu na prevodovke - prasknutý zub, opotrebovaný zub alebo výstrednosť.
- Bočné pásma okolo harmonických GMF: závažné poruchy často generujú bočné pásma aj v okolí 2× a 3× GMF, takže vzor hrebeňa sa opakuje okolo každej z nich. harmonický.
- Frekvencia jednotlivého zuba v zábere v komplexných prevodových sústavách, špecifické neceločíselné postranné pásma na frekvencia loveckých zubov dokáže presne určiť poruchu, ktorá sa vyskytne len vtedy, keď sa dostanú do kontaktu dva konkrétne zuby na rôznych ozubených kolesách.
Diagnostika valivých ložísk
Vedľajšie pásma sú tiež veľmi dôležité na potvrdenie poruchy ložiska, najmä vnútorné rasové vady:
- Porucha na vnútorný závod sa otáča spolu s hriadeľom a pri jeho pohybe v zaťažovacej zóne ložiska sa amplitúda nárazov, ktoré vytvára, zvyšuje a znižuje.
- To spôsobuje amplitúdovú moduláciu frekvencie poruchy vnútornej dráhy, BPFI.
- Výsledné spektrum ukazuje pík pri BPFI s bočné pásma s rozstupom 1× rýchlosť otáčania hriadeľa. Videnie tohto vzoru je veľmi spoľahlivým indikátorom vnútornej rasovej chyby - a je to jeden z dôvodov. analýza obálky je pri demodulácii týchto signálov taký účinný.
Diagnostika elektromotorov
Problémy s rotorovými tyčami v striedavom asynchrónnom motore môžu spôsobiť výskyt bočných pásiem okolo špičky 1x prevádzkovej rýchlosti. Tieto bočné pásy sú rozmiestnené v frekvencia prechodu pólu - na frekvencia sklzu motora vynásobené počtom pólov motora - a sú klasickým znakom zlomené rotorové tyče.
4. Úvahy o analýze
Pre efektívne využitie analýzy bočných pásiem sú nevyhnutné vysokokvalitné údaje:
- Vysoké rozlíšenie: je potrebná FFT s vysokým rozlíšením (napríklad 3200 alebo 6400 riadkov), aby sa jasne videli vrcholy bočného pásma a presne sa zmeral ich odstup. Pri nízkom rozlíšení sú postranné pásma “rozmazané” spolu s vrcholom nosnej frekvencie. Vzťah medzi počtom riadkov, rozpätím a rozlíšením možno skontrolovať pomocou Kalkulačka rozlíšenia FFT.
- Trendy: počet a amplitúda postranných pásiem sú dobrým ukazovateľom závažnosti poruchy. So zhoršovaním poruchy sa objavuje viac postranných pásiem a ich amplitúda rastie, takže ich zaznamenávanie v priebehu času prostredníctvom analýza trendov sleduje zhoršovanie.
- Rýchla pretáčka Transformácie (FFT) priblíženia: . Priblíženie FFT Funkcia na analyzátore umožňuje analytikovi zväčšiť úzky frekvenčný rozsah s veľmi vysokým rozlíšením, aby potvrdil prítomnosť a rozmiestnenie postranných pásiem.
5. Čítanie medzier: Od vzoru k diagnóze
Diagnostická sila rodiny bočných pásiem spočíva v jej aritmetike. Keďže rozstup sa rovná modulačnej frekvencii, analytik môže postupovať od hrebeňa k vinníkovi: rozstup pri 1× otáčkach hriadeľa naznačuje tento hriadeľ; rozstup pri frekvencii prechodu pólov súvisiacej so sklzom naznačuje elektrický stav motora; neceločíselný rozstup naznačuje špecifickú dvojicu zubov. Meranie frekvencie ozubeného kolesa a jeho očakávanej štruktúry bočného pásma vopred - napríklad pomocou špeciálneho kalkulačka frekvencie záberu ozubených kolies - umožňuje analytikovi predvídať, kam sa má presne pozrieť, skôr než otvorí spektrum.
V teréne sa tieto vzory zachytávajú pomocou prenosného spektrálneho analyzátora, ktorý sa prenáša od stroja k stroju. Prístroj ako napr. Balanset-1A meria spektrum vibrácií na pracujúcom stroji s dostatočne vysokým rozlíšením na rozlíšenie hrebeňa postranných pásiem okolo frekvencie poruchy ozubeného kolesa alebo ložiska, takže technik môže potvrdiť diagnózu na mieste; a keď ten istý prieskum odhalí, že dominantný problém je jednoduchý nevyváženosť namiesto defektu zubu alebo preteku, nástroj sa presunie priamo do vyvažovanie na mieste na jeho opravu.
Keď analytik nájde jasný, symetrický vzor bočného pásma pri očakávanom odstupe, dôvera diagnóza stúpa z “možného” na “vysoko pravdepodobný” - práve preto sa bočné pásy považujú za jeden z najdôveryhodnejších odtlačkov v tejto oblasti.
