(812) 335-00-85 | info@baltech.ru
Анализ вибрации, виброанализатор BALTECH VP-3470-Ех, вибродиагностика

Анализ вибрации

Анализ вибрации подразумевает исследование функциональной зависимости измеряемых параметров вибрации от времени, частоты, пространственных координат и порядкового номера в группе независимых измерений вибрации. Анализ во временной области, вместе с анализом в частотной области (спектральный анализ вибрации и др.) является основным аналитическим инструментом вибродиагностики.
  1. Виды анализа во временной области
Анализ во временной области чаще всего реализуется в виде: анализа формы вибросигнала;  анализа плотности распределения сигнала (статистический анализ); анализа затухающих собственных колебаний системы.
  • Анализ формы вибросигнала.
Реальный вибросигнал имеет достаточно сложную форму (см.рис.1) и очень сложен для анализа. Форма временного сигнала колебаний, анализ вибрации, спектральный анализ вибрации, купить виброанализатор

Рис. 1 Форма временного сигнала работающей машины.

Но если из этого сигнала выделить высокочастотные компоненты, возбуждаемые микроударами зарождающихся дефектов, то форма сигнала становится вполне «читаемой» и содержащей полезную диагностическую информацию (см.рис.2) Временные сигналы для исправного (а) и дефектного (б) подшипников, анализ вибрации, спектральный анализ вибрации

Рис.2 Временные сигналы для исправного (а) и дефектного (б) подшипников

Реальный вибросигнал работающей машины включает детерминированные и случайные компоненты различной формы. Рассмотрим различные варианты состава вибросигнала и соответствующие диагностические признаки:
  • Гармонический сигнал (см.рис. 3)
Уравнение гармонических колебаний имеет вид:   x(t)=A0sin(ω0t+φ0)   Где:  x(t) — мгновенное смещение; A0 – амплитуда колебаний; ω0 – угловая частота колебаний; φ0– начальная фаза колебаний. Гармонический сигнал, синусоидальные колебания, анализ вибрации, вибродиагностика

Рис.3. Гармонический сигнал

Диагностическая информация содержится в амплитуде  A0 и периоде T0 колебаний (период колебаний T0=2π/ω0).
  • Сигнал, содержащий несколько гармонических составляющих (см.рис.4)
Сигнал, состоящий из двух гармонических составляющих, анализ вибрации, временной сигнал, вибродагностика

Рис.4 Сигнал, состоящий из двух гармонических составляющих

  В данном случае уравнение колебаний имеет следующий вид:   и диагностическая информация содержится в значении амплитуд и периодов каждой компоненты вибросигнала. В случае, если длительность сигнала мала по сравнению с периодом его следования (см. рис. 5), то диагностическая информация содержится: в величине амплитуды сигнала, частоте его следования, скважности (отношении длительности сигнала к периоду следования), времени нарастания и спада сигнала и пик-факторе (отношении максимума сигнала к СКЗ). Периодический сигнал малой длительности, временной сигнал, вибродиагностика  

Рис.5 Периодический сигнал малой длительности

 
  • Сигнал, состоящий из двух гармонических компонент близкой частоты
Уравнение колебаний в данном случае описывается формулой: x(t)=A1sin(ω0t+φ1)+A2sin[(ω0+Δω)+φ2] где Δω<<ω0 Сигнал биений двух составляющих вибрации с близкими частотами, анализ вибрации, вибродиагностика

Рис.6 Сигнал биений двух составляющих вибрации с близкими частотами

Диагностическая информация содержится в частоте биений T0=2π/ω0и максимальной (A1+A2)  и минимальной (A1-A2) амплитуде биений.
  • Амплитудно-модулированный сигнал (см.рис.7), описываемый уравнением:
x(t)=A1(1+m*sin(Δωt)*sin(ω0t+φ0)),   где mглубина модуляции составляющей вибрации с частотой ω0;  Δω<<ωчастота модулирующей составляющей вибрации. Амплитудно-модулированные сигналы несут в себе значительно большую диагностическую информацию, чем сигналы биений, но для их извлечения требуется применение методов частотного анализа.
  • Сигнал случайной вибрации (см.рис.7)
 Форма сигнала случайной вибрации, анализ вибрации, вибродиагностика

Рис.7 Форма сигнала случайной вибрации

  В данном случае не могут быть определены ни амплитуда, ни частота, ни фаза сигнала, но диагностическая информация содержится в форме СКЗ (квадратный корень из мощности) сигнала и в эффективной ширине полосы частот, в которой сосредоточена большая часть (более 70%) мощности сигнала. Помимо формы СКЗ, для количественного анализа нестационарного случайного сигнала также можно контролировать пик-фактор (крест-фактор) и глубину модуляции для амплитудно-модулированных случайных сигналов. Временная зависимость мощности вибрации дефектного подшипника, диагностика подшипников качения

Рис.8 Временная зависимость мощности вибрации дефектного подшипника

 
  • Сигнал, содержащий и детерминированные, и случайные компоненты
В данном случае имеем сигнал сложной формы, трудно поддающийся прямому анализу. Так как среднее значение вибрации стремится к нулю, то для повышения качества формы временного сигнала прибегают к синхронному усреднению результатов нескольких последовательных измерений. Во многих случаях усреднением удается выделить диагностическую информацию (см. рис. 9) Сигнал вибрации ДВС, диагностика дизелей, анализ вибрации, вибродиагностика  

Рис.9 Сигнал вибрации ДВС без усреднения (а) и с усреднением (б)

 
  • Анализ собственных колебаний.
Любая машина по факту представляет собой сложную колебательную систему с распределенными параметрами. Но в первом приближении,  для упрощения расчетов и анализа ее можно рассматривать как систему с сосредоточенными параметрами, со свойственными только ей собственными частотами, формой сигнала и характером затухания собственных колебаний. Соответственно, все эти параметры собственных колебаний несут в себе необходимую диагностическую информацию. Знание собственных частот динамических машин крайне необходимо, так как при совпадении частоты вращения ротора с любой из собственных частот приводит к резонансу – резкому увеличению уровня вибрации, способной быстро вывести машину из строя. Определить резонанс очень просто если у вас уже есть 4-х канальный виброанализатор CSI 2140, если данной аппаратуры у вас нет, то мы рекомендуем записаться на курсы повышения квалификации в компании «БАЛТЕХ» ТОР-103 «Основы вибродиагностики. Анализ вибрации». Для возбуждения собственных колебаний системы ее выводят из состояния равновесия или единичным импульсным ударом, или приложением периодической вынуждающей силы. В случае тест-удара анализируют форму и характер затухания собственных колебаний, в случае вынуждающей силы – анализируются колебания системы на резонансных частотах. Для проведения тест-ударов мы рекомендуем вам приобрести специальный набор молотков BALTECH. Например, при анализе формы собственных затухающих колебаний определяют период колебаний T и логарифмический декремент затухания β. Далее, используя взаимосвязь собственной частоты ω0 с периодом T  и декрементом затухания β, определяют значение собственной частоты ω0. В связи с тем, что собственные колебания быстро затухают при наличии каких-либо дефектов в исследуемом узле, то этот факт успешно используется для обнаружения дефектов в валах, рабочих колесах, различных литых деталях и т.д. В заключение данного параграфа отметим, что формы колебаний (моды) высокого порядка быстро затухают по сравнению с простейшими формами (модами) колебаний, поэтому при анализе собственных колебаний исследуются только моды низших порядков.
  • Статистический анализ.
При статистическом анализе не производят разделение вибросигнала на составляющие, а анализируют форму плотности распределения вероятности сигнала. В большинстве случаев плотность вероятности случайной вибрации p(x) распределяется по нормальному закону: , и где: σ – СКЗ сигнала вибрации;  ̅x – среднее значение сигнала вибрации (обычно, равное нулю). Тогда мощность случайной вибрации: где T– время, в течение которого измеряется мощность сигнала. При наличии дефектов машины плотность вероятности случайной вибрации p(x) начинает отличаться от нормального распределения и для количественной оценки этого отличия для предварительно выделенных высокочастотных компонент используют третий и четвертый моменты распределения, называемые коэффициентом ассиметрии As и эксцессом Ex:     Если обеспечена линейность измерений в измерительных и анализирующих трактах, то отличие от нуля коэффициента асимметрии As может свидетельствовать появлении различного рода ударов в объекте диагностики (см.рис.10). Анализ вибрации, ассиметрия распределения плотности вероятности ВЧ сигнала, эксцесс, вибродиагностика

Рис.10 Ассиметрия распределения плотности вероятности ВЧ сигнала

  Коэффициент эксцесса Ex также характеризует отклонение плотности вероятности от нормального распределения и при появлении ударов в объекте исследования увеличиваются «хвосты» в кривой распределения (Ex<0), а по мере развития дефекта более островершинней становится кривая плотности вероятности (Ex>0) (см.рис.11) Формы распределения плотности вероятности при различных значениях коэффициента эксцесса, нормальное распределение Гаусса

Рис.11 Формы распределения плотности вероятности при различных значениях коэффициента эксцесса

  Помимо рассмотренного нами здесь метода статистического анализа по степени отклонения реального распределения плотности вероятности от нормального распределения, в статистическом анализе также используется метод определения порогов для выбранного параметра вибрации, а также проводится построение трендов изменения тех или иных параметров вибрации. Мы рассмотрели основные методы анализа вибросигнала во временной области. Несмотря на их несомненную диагностическую эффективность, для раннего обнаружения дефектов необходимо использовать методы спектрального анализа.
  1. Портативный прибор для анализа вибросигналов во временной области
Если виброконтроль, вибромониторинг и вибродиагностика динамических машин – ваша прямая профессиональная обязанность, то вам необходим по-настоящему, профессиональный виброанализатор, способный решать все вопросы, связанные с вибрацией машин. Специалисты Отдела Технического Сервиса компании «БАЛТЕХ» рекомендуют купить виброанализатор BALTECH VP-3470-Ex, отлично зарекомендовавший себя в самых тяжелых полевых условиях эксплуатации (даже на опасных производствах). Вместе с экспертной программой BALTECH-Expert данный виброанализатор представляет собой полноценный 2-х канальный вибродиагностический комплекс, в функционал которого заложены все современные методы временного и частотного анализа сигналов. В частности, при анализе сигналов во временной области виброанализатор  BALTECH VP-3470-Ex обеспечивает:
  • измерение в режиме «осциллограф» без ограничения по времени (измерение временного сигнала);
  • измерение СКЗ, пик-фактора и эксцесса;
  • измерение амплитуды и фазы сигнала;
  • измерение формы огибающей сигнала;
  • анализ собственных частот и декрементов затухания собственных колебаний;
  • измерение амплитудно-фазочастотных характеристик в режиме «разгон-выбег»;
  • модальный анализ.
Вместе с вибродиагностической портативной системой BALTECH VP-3470-Ex вам только остается корректно произвести измерения по маршруту, а о наличии дефектов и текущем техническом состоянии узла или объекта в целом система вам скажет сама – для этого вам достаточно лишь просмотреть соответствующие «окна» в программе BALTECH-Expert и при необходимости установить свои настройки и пороговые уровни. Для обучения работе с виброанализатором BALTECH VP-3470-Ex приглашаем вас пройти обучение на курсе ТОР-103 «Основы вибродиагностики. Анализ вибрации», который регулярно проводится в лицензированном Учебном центре (лицензия №1872 от 06.05.2016) компании «БАЛТЕХ».