Kurtoza v analizi vibracij za odkrivanje napak

Definicija: Kaj je kurtoza?

Kurtoza je statistični parameter, ki opisuje obliko porazdelitve verjetnosti. Pri analizi vibracij se uporablja za signal časovnega vala za merjenje njegove »vrhunke« ali »impulzivnosti«. Signal z visoko kurtozo je značilen po ostrih, izrazitih vrhovih ali udarcih, medtem ko je signal z nizko kurtozo bolj raven ali bolj zaobljen. Zagotavlja eno samo numerično vrednost, ki lahko kaže na spremembo osnovnega značaja vibracijskega signala, tudi če se skupna energija (vrednost RMS) ni bistveno spremenila.

Diagnostična vrednost kurtoze

Primarna vrednost kurtoze pri spremljanju stanja je njena visoka občutljivost na impulzivne napake v zgodnji faziŠtevilne mehanske napake se začnejo kot mikroskopske razpoke ali odkruški. Ko se te razvijajoče se napake stikajo, povzročijo kratkotrajne visokofrekvenčne udarce. Ti udarci povzročajo ostre vrhove v časovni obliki vibracijskega vala, ki dramatično povečajo vrednost kurtoze, še preden napaka postane dovolj velika, da vpliva na skupno efektivno vrednost vibracij stroja.

Kurtoza je zato odlično orodje za:

• Zgodnje odkrivanje napak ležajev: Je ena najučinkovitejših metod za odkrivanje prvih znakov odluščenja na ležajnem obroču ali kotalnem elementu.
• Zaznavanje napak zob zobnika: Razpokan ali zlomljen zob zobnika bo enkrat na obrat povzročil izrazit udarec, kar se zlahka zazna po naraščajoči vrednosti kurtoze.
• Zaznavanje občasnih drgnjenj ali udarcev: S to meritvijo je mogoče poudariti vsak neenakomeren, udarni dogodek znotraj stroja.

Razlaga vrednosti kurtoze

Kurtoza je normalizirana vrednost. Za popolno Gaussovo (normalno) porazdelitev, ki je značilna za naključne vibracije ozadja v zdravem stroju, je vrednost kurtoze **3,0**. Odstopanja od te vrednosti so diagnostično pomembna:

• Kurtoza ≈ 3,0: Označuje, da so vibracije naključne in Gaussove, kar kaže na normalno in zdravo delovanje.
• Kurtoza > 3,0: Označuje, da signal postaja bolj »koničen« ali impulziven kot običajno. Naraščajoča vrednost kurtoze je jasen opozorilni znak za razvoj udarcev. Vrednosti 5, 10 ali celo višje so pogoste, kadar so prisotne večje okvare ležajev ali zobnikov.
• Kurtoza < 3.0: Označuje, da je signal bolj raven kot pri normalni porazdelitvi. To se lahko včasih zgodi pri določenih vrstah trenja ali ko v signalu prevladujejo zelo čiste, sinusoidne vibracije.

Življenjski cikel kurtoze pri okvari ležaja

Pri sledenju napake ležaja od nastanka do odpovedi vrednost kurtoze pogosto sledi predvidljivemu vzorcu:

1. Zdrava faza: Kurtoza je stabilna in blizu 3,0.
2. Zgodnja faza napake: Nastane mikroskopska napaka. Nastanejo ostri, izraziti udarci, zaradi katerih se kurtoza znatno poveča (npr. na 5,0 ali več). Skupna efektivna vrednost vibracij je lahko še vedno nizka. To je idealen čas za odkrivanje napake.
3. Stopnja razvite napake: Ko napaka raste in se širi, udarci postajajo pogostejši in manj izraziti. Signal začne znova spominjati na naključni šum, čeprav na veliko višji energijski ravni. Posledično se lahko vrednost kurtoze *zmanjša* in vrne proti 3,0, medtem ko se efektivna vrednost vibracij zdaj začne dramatično povečevati.
4. Pozna/neuspešna faza: Ležaj je močno poškodovan, vibracije pa so visoke in pogosto naključne. Kurtoza ostaja blizu 3,0, vendar je efektivna vrednost (RMS) zdaj v alarmu.

Ta življenjski cikel poudarja, zakaj je spuščenost tako dragocena. »Idealna točka« za odkrivanje je v zgodnjih fazah, ko se spuščenost poveča. Zanašanje samo na RMS bi pomenilo, da napake ne bi odkrili, dokler ne postane že pomembna.

Omejitve

Čeprav je kurtoza močna, jo je treba uporabljati skupaj z drugimi tehnikami, kot sta spektralna in valovna analiza. Občutljiva je lahko na naključne, s strojem povezane šoke, zato jo je najbolje uporabiti kot parameter trenda. Dosledno naraščanje kurtoze skozi čas je veliko bolj zanesljiv kazalnik kot enkratna visoka vrednost.

← Nazaj na glavno kazalo