FFT спектрін қалай оқу керек: әр механик білуі тиіс бес вибрациялық сигнатура

FFT спектрі машинаның қандай жиіліктерде және қандай амплитудамен дірілдейтінін көрсетеді. Оны оқуды айналу жиілігі 1x-тен бастайды. SKF нұсқаулығы бойынша: теңгерімсіздік гармоникасыз жоғары 1x береді, ортасыздану — жоғарылаған 2x және осьтік 1x, механикалық босау — 1x немесе 1/2x гармоникалар қатарын, мойынтірек ақауы — BPFO, BPFI, BSF және FTF жиіліктеріндегі шыңдарды.

FFT дегеніміз не және неден бастау керек

FFT (Fast Fourier Transform, жылдам Фурье түрлендіруі) уақыттағы вибрациялық сигналды жиілік спектріне айналдырады. Күрделі толқынның орнына инженер жеке шыңдарды көреді, әрқайсысының ықтимал көзі бар.

Ақауды іздемес бұрын SKF бастапқы деректерді жинауды ұсынады:

1. Айналу жиілігі (1x). Оны бірінші табады: қалған шыңдар оған еселі (2x, 3x және одан жоғары) немесе еселі емес ретінде бағаланады.
2. Өлшеу түрі. Жылдамдық, үдеу, орын ауыстыру немесе үдеу огибающаясы. Мысалы, огибающая сигналы мойынтіректерге немесе тісті доңғалақ тістеріне нұсқайды.
3. Датчиктің орны. Көлденең, тік, осьтік, жүктеме аймағында. Датчиктің жауабы орнату орнына байланысты.
4. Машина құрылымы. Мойынтірек түрі (нөмірі немесе белгісі), муфта немесе белдік, қалақтар мен тістер саны.

Вибрацияның жалпы деңгейі нормалар бойынша бағаланады, мысалы ISO 10816-3, ал спектр себебін түсіну үшін керек.

Бес сигнатура: жиынтық кесте

Күй	Спектрдегі белгі (SKF бойынша)	Немен нақтылау
Қалыпты	Кішкене 1x-тен басқа айқын шыңдар жоқ; өлшемнен өлшемге өсу жоқ	Тренд, базалық өлшеммен салыстыру
Теңгерімсіздік	Жоғары радиалды 1x, гармоникалар 1x-тің 15 %-ынан аз	Фаза: көлденең/тік арасында шамамен 90°
Ортасыздану	Жоғары 2x, жоғары осьтік 1x	Фаза: муфта арқылы шамамен 180° ығысу
Механикалық босау	1x немесе 1/2x үш және одан көп гармоникасы (2x–10x) 1x-тің 20 %-ынан жоғары	Фаза, бекітуді тексеру
Мойынтірек ақауы	BPFO, BPFI, BSF, FTF шыңдары; кеш сатыда жоғары жиілікті аймақта «өркеш»	Үдеу огибающаясы, сигналдың уақыттық пішіні

1. Қалыпты күй

1x-те кішкене шың әрқашан болады, себебі ротор айналады. Ақаусыз машинада басқа айқын шыңдар және кең жолақты шудың көтерілуі жоқ. Базалық өлшемсіз «қалыпты» сөзі көп нәрсе айтпайды: ең бастысы — амплитудалар өлшемнен өлшемге өспеуі.

2. Теңгерімсіздік: 1x басым

Теңгерімсіздік — ротор массасы осінің айналудың геометриялық осімен сәйкес келмеуі. SKF статикалық, моменттік және динамикалық теңгерімсіздікті бөледі; іс жүзінде көбіне динамикалық теңгерімсіздік кездеседі.

SKF бойынша белгілері:

• бір жиіліктегі 1x вибрация (айналымына бір рет), синусоидалы;
• амплитуда барлық радиалды бағыттарда бірдей;
• теңгерімсіздік күшті болмайынша, әдетте 1x гармоникалары болмайды;
• амплитуда айналу жиілігімен бірге өседі.

SKF критерийі: егер радиалды 1x жоғары болса, ал гармоникалар (қалақ жиілігінен басқа) 1x-тің 15 %-ынан аз болса, теңгерімсіздік болуы мүмкін. Сигналда 1x-тен жоғары айқын гармоникалар болса, себеп теңгерімсіздікте емес болуы ықтимал.

Әдеттегі себептер: жұмыс доңғалағы қалақтарына материалдың жабысуы немесе эрозиясы, теңгеру жүгінің түсіп қалуы, жөндеуден кейінгі жинау қателері.

3. Ортасыздану: 2x және осьтік 1x

Ортасыздану жалғанған біліктердің, муфталардың және мойынтіректердің осьтері сәйкес келмегенде пайда болады. SKF бұрыштық (біліктер бұрышпен жалғанған) және параллель (осьтер параллель, бірақ ығысқан) ортасыздануды ажыратады.

SKF бойынша белгілері мен критерийлері:

• муфта немесе белдік болғанда радиалды 2x жоғарылайды;
• осьтік 1x жоғарылайды;
• күшті ортасыздануда спектрде 2x-тен 10x-ке дейінгі гармоникалар пайда болуы мүмкін.

Муфталы қосылысты 2x-тің 1x-ке қатынасы бойынша бағалау:

2x 1x-ке қатысты	SKF бағасы
50 %-дан аз	Әдетте рұқсат етіледі, муфта ұзақ жұмыс істей алады
50–150 %	Муфтаның зақымдануы ықтимал
150 %-дан көп	Күшті ортасыздану, жөндеуді мүмкіндігінше ертерек жоспарлау керек

Фаза. Бұрыштық ортасыздануда муфта арқылы осьтік бағытта шамамен 180° фаза ығысуы болады, параллельде — радиалды бағытта. Корпуста қисайып тұрған мойынтірек те үлкен осьтік вибрация береді, оны ортасызданудан ажыратуға осьтік фазалық өлшеулер көмектеседі.

SKF бойынша себептері: жылулық ұлғаюды ескермей «суықтай» ортаға келтіру, муфтаны қосудағы қателер, тегіс емес немесе отырған іргетас. Сондықтан монтаж кезінде жасалған ортаға келтіру уақыт өте бұзылуы мүмкін.

4. Механикалық босау: гармоникалар қатары

Механикалық босау — қаттылықтың жеткіліксіздігі немесе тығыз отырмау: машина бекітуінің босауы, рамадағы немесе тіректегі жарықшақ, босаған бөлшек, мойынтірек отырғызу саңылауының ұлғаюы.

SKF бойынша белгілері: айналу жиілігі гармоникаларының немесе айналу жиілігінің 1/2-сіне еселі гармоникалардың аномальды жоғары амплитудалы ұзын қатары. Гармоникалар ретсіз болуы мүмкін, мысалы 2x, 3x, 4x, 5x немесе 3x, 3,5x, 4x, 5,5x. Гармоникалар амплитудасы әдетте жиілік өскен сайын азаяды, тік бағыттағы 2x-тен басқа.

SKF критерийі: егер 2x–10x диапазонында 1x немесе 1/2x-ке еселі амплитудасы 1x-тің 20 %-ынан жоғары үш және одан көп құраушы болса, механикалық босау болуы мүмкін. Муфтасыз және белдіксіз қатаң жалғанған машинада босауды жоғары радиалды 2x та көрсетеді.

Босаудың қауіптілігі — бөлшек ажырап, қосалқы зақым келтіруі мүмкін.

5. Домалау мойынтіректерінің ақаулары: BPFO, BPFI, BSF, FTF

Домалау мойынтірегінің төрт есептік ақау жиілігі бар:

Жиілік	Элемент	Формула (SKF)
BPFO	Сыртқы сақина	(n/2)·(айн/мин/60)·(1 − (Bd/Pd)·cos φ)
BPFI	Ішкі сақина	(n/2)·(айн/мин/60)·(1 + (Bd/Pd)·cos φ)
BSF	Домалау денесінің айналуы	(Pd/2Bd)·(айн/мин/60)·(1 − (Bd/Pd)²·cos² φ)
FTF	Сепаратор	(1/2)·(айн/мин/60)·(1 − (Bd/Pd)·cos φ)

Мұнда n — домалау денелерінің саны, Bd — домалау денесінің диаметрі, Pd — домалау денелерінің орталықтары бойынша диаметр, φ — жанасу бұрышы. Домалау денесі ақауының жиілігі анықтама бойынша 2 × BSF-ке тең: дененің бір айналымында ақау сыртқы сақинаға да, ішкі сақинаға да соғылады. Спектрдегі шың есептік жиілікпен сәйкес келсе, ақау тиісті элементтен ізделеді.

SKF бойынша нені білу маңызды:

• Мойынтірек ақауларының жиіліктері теңгерімсіздік пен босау жиіліктерінен әлдеқайда жоғары, ал амплитудалары әлдеқайда төмен. Жалпы деңгей бойынша ISO нормалары мойынтірек тозуын ерте анықтауға арналмаған.
• Ерте сатыда ақау кәдімгі жылдамдық немесе үдеу спектрінде көрінбеуі мүмкін: соққылар әлсіз және айналу вибрациясының астында қалады. Ерте саты үшін қайталанатын соққыларды бөліп көрсететін үдеу огибающаясы қолданылады.
• Жылдамдық пен үдеу өлшемдері тозудың соңғы сатыларын жақсы көрсетеді, SKF бойынша бұл кезде мойынтірек ресурсының 10 %-ынан азы қалады. Кеш сатыда спектрде мойынтірек жиіліктері аймағында кең «өркеш» пайда болады.
• Мойынтірек сирек түпкі себеп болады. Ақауды тапқанда SKF себебін іздеуді ұсынады: ортасыздану, теңгерімсіздік, майлау мәселелері.

Сатылар туралы толығырақ — «Мойынтірек бұзылуының 4 сатысы» мақаласында.

Тек FFT спектрі жеткіліксіз болатын жерлер

Жоғарыда айтылғаннан екі шектеу шығады:

• Мойынтіректердің ерте ақаулары. Кәдімгі жылдамдық немесе үдеу спектрі оларды көрсетпеуі мүмкін; огибающая немесе ультрадыбыс керек.
• Қамту. Стационарлық жүйенің датчиктері маңызды машиналарға қойылады, ал қалған жабдық өлшемдер арасында аралықтары бар маршрут бойынша тасымалды аспаппен тексеріледі. Аралап шығулар арасында дамыған ақау байқалмай қалуы мүмкін.

Екі шектеуді де вибрациялық талдауды алмастырмай, оны толықтыратын басқа бақылау әдістері жабады.

SDT340 ультрадыбысы: ерте сатыдағы үйкеліс пен соққылар

SDT340 — екі өлшеу арнасы бар SDT ультрадыбыстық аспабы: ультрадыбыстық 20–50 кГц және вибрациялық 10 Гц – 10 кГц. SDT деректері бойынша ультрадыбыс үйкелісті, соққыларды және турбуленттілікті жай-күйді бақылаудың басқа әдістеріне қарағанда ертерек анықтайды. Жазылған сигналды FFT спектрінде және уақыттық пішінде талдауға болады.

Мойынтіректер үшін бұл мынаны білдіреді: ультрадыбыс деңгейінің өсуі айқын соққылар пайда болғанға дейін үйкелістің артуын, соның ішінде майдың жетіспеуінен немесе артықтығынан болатын үйкелісті көрсетеді. Күйі бойынша майлау үшін SDT-де LUBExpert бар: аспап мойынтіректі қашан майлау керектігін және майды қашан тоқтату керектігін көрсетеді.

Artesis e-MCM: машинаға датчиксіз қозғалтқыштар

Artesis e-MCM электр қозғалтқыштың үш фазалы қоректендіру кернеуі мен тогын талдап, олар бойынша механикалық, электрлік және технологиялық ақауларды анықтайды. Машинаға датчиктер қойылмайды, сондықтан вибрациялық маршруттар жетпейтін қозғалтқыштарды да мониторингпен қамтуға болады. Сол принцип бойынша маршруттық тексерулерге тасымалды Artesis AMT Pro бар.

Әдістер бірге қалай жұмыс істейді

Міндет	Әдіс
Мойынтіректердегі үйкеліс пен соққылардың ерте белгілері, майлауды бақылау	Ультрадыбыс (SDT340, LUBExpert)
Датчик орнатпай қозғалтқыштарды тұрақты бақылау	Ток пен кернеуді талдау (Artesis e-MCM)
Ақауды растау және жіктеу: теңгерімсіздік, ортасыздану, босау, мойынтірек	FFT вибрация талдауы, огибающая, фаза

Ультрадыбыс пен токты талдау алғашқы белгіні береді, вибрациялық талдау нақты не ақаулы екенін анықтайды. Мұндай бағдарламаны қалай құру керектігі — «Жабдықтың вибродиагностикасы дегеніміз не және неден бастау керек» мақаласында.

Қандай аспапты таңдау керек

• Вибрациялық арнасы бар мойынтіректер мен майлауды ультрадыбыстық бақылау — SDT340.
• Электр қозғалтқыштарын датчиксіз үздіксіз мониторингтеу — Artesis e-MCM.

KEG TRK Қазақстанда SDT және Artesis жабдықтарын жеткізеді. Бағасы сұраныс бойынша.

Дереккөздер

• SKF USA Inc., J. Mais. Spectrum Analysis: the key features of analyzing spectra — 3–4 (талдау тәртібі), 5 (ортасыздану), 6 (теңгерімсіздік), 7 (босау), 9 (домалау мойынтіректері) бөлімдері.
• SDT Ultrasound Solutions. Mechanical Condition Monitoring.
• SDT340 карточкасы: ультрадыбыстық және вибрациялық арналардың диапазондары.
• LUBExpert карточкасы: ультрадыбыс бойынша майлау принципі.
• Artesis e-MCM карточкасы: кіріс сигналдары және ақау түрлері.