Страница АО ВАСТ Конверсионные технологии для механика!

21 июня 1999

ВОПРОС 1.8:

Есть ли принципиальное различие в известных методах резонансной демодуляции и огибающей, широко используемых для диагностики подшипников качения?
(Вопрос задан слушателями семинара "Вибрационная диагностика роторных машин и оборудования")

Отвечает А.В.Барков :

Эти два метода имеют практически одну и ту же техническую и приборную реализацию, но существенным образом различаются по физическим основам диагностики.

Метод резонансной демодуляции исследует собственные колебания элементов подшипника (неподвижного кольца, тел качения и другие), которые возбуждаются отдельными ударными импульсами, возникающими при контакте дефектных поверхностей качения. Алгоритм исследования включает в себя следующие операции:

  • поиск собственной частоты колебаний элемента подшипника;
  • выделение собственных колебаний из сигнала вибрации, например, с помощью полосового фильтра;
  • построение огибающей выделенной части сигнала, например, используя детектирование с последующей фильтрацией низкочастотной части продетектированного сигнала;
  • спектральный анализ огибающей;
  • анализ частот и амплитуд спектра огибающей.

Метод огибающей, используемый в наших системах, исследует вынужденные колебания подшипника, возбуждаемые силами трения и ударными импульсами. Алгоритм исследования отличается практически только первой и последней операциями и включает в себя:

  • поиск полосы частот в сигнале вибрации без резонансов и без гармонических составляющих (отстройка от собственных и гармонических колебаний);
  • выделение высокочастотных случайных составляющих вибрации с помощью полосового фильтра;
  • построение огибающей выделенных составляющих сигнала, например, детектирование с последующей фильтрацией низкочастотной части продетектированного сигнала;
  • спектральный анализ огибающей;
  • расчет глубины модуляции по гармоническим составляющим спектра огибающей и анализ частот и глубин модуляции случайной вибрации.

Различие физических основ двух методов определяется тем, что в первом случае исследуются собственные, а во втором - вынужденные колебания элементов подшипника. Собственные колебания дают максимум информации о свойствах колебательной системы, например, о величине жесткости, массы, потерях в колебательной системе, и лишь ограниченную информацию о колебательных силах, задающих начальное отклонение колебательной системы от положения равновесия.

Вынужденные колебания, наоборот, дают максимум информации о вынуждающих силах, и минимум - о колебательной системе. Вибрационная диагностика подшипников качения - это прежде всего анализ свойств вынуждающих сил, а не колебательной системы, которая имеет много индивидуальных особенностей в каждом подшипниковом узле каждой машины.

Из сказанного следует, что определенные преимущества в диагностике подшипников качения имеет метод огибающей, однако достаточно часто исследователи стараются использовать метод резонансной демодуляции, а не метод огибающей. Почему?

Этому есть технические и физические причины.

Технические заключаются в том, что резонанс увеличивает вклад исследуемых составляющих в измеряемый сигнал в десятки раз и позволяет без искажений выделять их из суммарного сигнала даже приборами, произведенными много лет назад, и имеющими очень небольшой динамический диапазон и невысокую линейность. В современных цифровых анализирующих приборах и их динамический диапазон, и линейность достаточны для того, чтобы не использовать механический резонанс для усиления сигнала и не терять при этом большую часть диагностической информации.

Физическая причина заключается в том, что наличие гармонических составляющих в той части сигнала, которая выделяется фильтром для дальнейшего формирования огибающей, искажает получаемую из спектра огибающей диагностическую информацию. Резонанс элементов подшипника усиливает случайную составляющую вибрации и, тем самым, снижает негативное воздействие гармонических составляющих, попадающих в полосу фильтра, на свойства измеряемого спектра огибающей. Но если рассматривать этот факт с учетом возможностей современной техники для анализа сигналов, то надо учесть, что гармонические составляющие можно убрать из сигнала перед формированием огибающей, используя, например, адаптивные фильтры.

Таким образом, современная техника измерения и анализа сигналов позволяет в полной мере использовать преимущества метода огибающей для анализа вынуждающих сил в узлах трения не только механического, но и аэро и гидродинамического происхождения, и более полно решать задачи диагностики узлов трения, чем методами исследования собственных колебаний, возбуждаемых ударными импульсами.

И последнее. На метод резонансной демодуляции есть патент США 1974 года. На метод огибающей - патент России 1978 года. Сроки действия этих патентов, по крайней мере, второго, уже истекли. Но нужно помнить, что действует патент США № 5477730 от 26 декабря 1995 года на метод разделения гармонических и случайных составляющих вибрации перед формированием огибающей, который ставит ограничения на свободное использование метода огибающей в вибрационной диагностике машин.


Вернуться к вопросам | Список разделов вопросов | DREAM клуб | Страница ВАСТ