Основни принципи и технологии

Хармоничните трептения могат да бъдат описани математически с помощта на синусоидална функция. Това са някои от променливите, които влияят на трептенията:

Период T е времето, необходимо за завършване на един пълен цикъл. Обратното на периода се нарича честота (f = 1/T). При скорост на двигателя от 3000 оборота в минута, въртенето се повтаря на всеки 20 ms (период T), което съответства на честота от 50 Hz.

Амплитудата A се отнася до максималното преместване на трептенията от равновесното положение. Съществуват различни понятия, които могат да се използват във връзка с амплитудата. Освен класическата върхова стойност (= амплитуда, пик), средно-квадратичната стойност (= RMS стойност) и амплитудата на вибрациите (= 2x амплитуда, пик-пик) са два общи показателя.

Фазата се отнася до изместването във времето на периодично явление, например на синусоида, от референтна точка (например импулс на енкодер). В нашия случай, фазата е важен показател за балансиране на въртяща се система, за да се определи положението на противотежестта.

На практика много различни хармонични трептения се припокриват, поради което отделните синусоидални функции обикновено вече не могат да бъдат идентифицирани във времевия сигнал.

Времеви домейн

Когато се анализира вибрацията във времевия домейн, комплексният наложен вибрационен сигнал се нанася върху времевата ос. Преобладаващите преходни сигнали или модели, които се появяват във времевия сигнал, могат да се използват, за да се направят заключения относно повредата.
Например повреда на лагера на ранен етап създава периодични амплитуди във времевия сигнал, подобни на иглички.

RMS (средноквадратична стойност) и Пиковите стойности са общи параметри на състоянието, използвани във времевия домейн.
Например при мониторинга на вибрациите средноквадратичната стойност на скоростта на вибрациите (v-RMS) се използва за дисбаланс, несъосност и разхлабване, докато средноквадратичната стойност на ускорението на вибрациите (a-RMS) се използва за триене или недостатъчно смазване в зъбните колела или лагерите.
Общ показател за пикови стойности е пиковата стойност на вибрационното ускорение a-peak, което представлява преходни събития, напр. в резултат на повреда на лагера или внезапна повреда на машината.

Честотен домейн

Когато се анализират вибрациите в честотната област, комплексният наложен времеви сигнал се разлага на различни честотни компоненти и амплитуди с помощта на бързото преобразуване на Фурие (FFT). Това позволява бързо и ясно да се идентифицират доминиращите честоти, като например честотата на дисбаланса във вибрационната смес.

Специална форма на FFT е спектърът на кривата на обвивката (= H-FFT), при който периодичните ударни импулси (напр. при повреда на търкалящ лагер), които стимулират собствената честота на системата, се демодулират и съответно се филтрират предварително. Особено при търкалящи се лагери или сложна кинематика на машината (напр. зъбни колела) предимството на H-FFT анализите е, че повтарящите се честоти на ударните импулси на повреждащата се част могат да бъдат ясно разпознати.

Широколентово измерване

Широколентовите измервания записват и анализират целия честотен диапазон на сигнала, включително всички честотни компоненти. Измерванията се извършват в широк честотен диапазон (напр. 2...1000 Hz) и параметрите на състоянието (като средноквадратичния корен на скоростта на вибрациите v-RMS) се изчисляват от това и се предават в реално време за наблюдение на състоянието.

Тяснолентово измерване

Тяснолентовите измервания се извършват само в тесен честотен диапазон или в определени честоти в рамките на общия спектър. Те често се използват, когато има особен интерес към специфичен честотен компонент (като например честотите на търкалящ се лагер) или към специфичен честотен диапазон.

Вибрационно изместване d

Вибрационното изместване е действителното разстояние, на което измервателната точка се отдалечава от първоначалното си статично положение. Параметърът се използва за откриване на циклични движения в приложение, като движение на конвейер или състояние на амортизиращите елементи на вибриращ конвейер. Обикновено вибрационното изместване се регистрира в честотен диапазон под 500 Hz.

Скорост на вибрациите v

Скоростта на вибрациите, особено RMS стойността, е добър индикатор за енергията, действаща върху машината. Разбалансирането, разхлабването, неправилното регулиране или проблемите с ремъка могат да доведат до увеличаване на v-RMS. Тези приложения обикновено имат честотен диапазон от 2...1000 Hz (съгласно ISO 10816-3 или ISO 20816-3).

Ускоряване на вибрациите a

Високочестотните широколентови характерни стойности, като например a-peak или a-RMS, са утвърдени индикатори за повреда на лагера, търкане, триене или кавитация. Особено в ранните етапи на повредата, високочестотните пикове на ускорението не са обхванати от честотния диапазон съгласно ISO 20816. По този начин ускорението на вибрациите е особено полезно като индикатор за ранно предупреждение за кратките преходни ударни импулси, произтичащи от начални повреди на лагери или зъбни колела.

Коефициент на амплитудата

Специален параметър на измерванията на вибрационното ускорение е коефициентът на гребена. Изчислява се, като се раздели пиковата стойност на ефективната стойност:
Crest = a−peak / a−RMS

Коефициентът на гребена е полезен за оценка на повредите на лагерите. Особено в ранните етапи на повреда на лагера търкалящите елементи, които периодично преминават през ямички, предизвикват кратки вибрационни сътресения. Тези ударни импулси ще доведат до повишен a-пик. В тази фаза обаче стойността на a-RMS ще остане относително малка. С напредването на повредата, честотата на врязване и интензивността на ударните импулси се увеличават, което води до увеличаване на a-RMS. Особено в тази начална фаза между високите стойности на a-пик и ниските стойности на a-RMS коефициентът на гребена е полезен допълнителен показател за ранно идентифициране на повредата на лагера, тъй като коефициентът на гребена също трябва да бъде висок в тази фаза и постепенно ще спада с увеличаване на стойностите на a-RMS.

Едноосово срещу многоосово измерване

Едноосното измерване на вибрациите в повечето приложения е достатъчно, тъй като основната вибрация възниква в радиална посока от вала.
Измерванията по 3 оси обаче могат да имат решаващи предимства по отношение на функцията, гъвкавостта и разходите.

Например, в зависимост от кинематиката и конструкцията на машината, твърдостта на машината може да бъде с различна интензивност и характеристики в аксиална, хоризонтална или вертикална посока. 3-осовите измервания осигуряват гъвкавост при монтажа и улавят всичките три измерения по целенасочен начин, като се вземат предвид различните вибрационни стимули.
В допълнение, определени геометрии на машината и модели на грешки значително влияят върху посоката на развитие на повредите. Например несъосностите на валовете могат да бъдат преобладаващи в аксиална или радиална посока или дисбалансът/ударите могат да имат различни преобладаващи посоки при определени геометрии на машината.

Собствената честота е специфична честота на цялата система, която предизвиква колебания на системата с високи амплитуди дори при слабо възбуждане. Резонанс настъпва, когато честотата на възбуждане или кратна на нея съвпада със собствената честота на системата.

Една цялостна система има множество собствени честоти, което означава, че възбуждането може да предизвика множество резонанси. Например една цялостна система, състояща се от електродвигател и сензор за вибрации, има различни собствени честоти, така че сигналът за ускорение на сензора може да съдържа резонанса на двигателя, но също така и своя собствен резонанс.
Естествената честота на системата се определя от нейната маса и твърдост. Заглушаването на една система определя усилването на възбуждането при дадена собствена честота.