Nowe metody analizy stanu łożysk, szczególnie wolnoobrotowych – ACMT ADASH

Znamy od lat wiele technik badania kondycji łożysk tocznych, szczególnie wolnoobrotowych, takich jak: obwiednia przyspieszenia gE, metoda impulsów uderzeniowych SPM, czy też Peak- Vue. 

Analiza stanu łożysk tocznych metodą ACMT

Natomiast metoda ACMT, opracowana przez ADASH i dostępna w analizatorach A4500 VA-5 Pro, jest stosunkowo nowa i niezbyt popularna, a szkoda, bo cechują ją niezaprzeczalne zalety, które warto wykorzystać podczas analizy stanu łożysk tocznych.

Metoda ACMT pozwala na pomiar bardzo długich przebiegów czasowych, w szerokim zakresie częstotliwości – do 25 kHz i z wysoką częstotliwością próbkowania. Najczęściej zalety tej technologii łatwo docenić podczas detekcji uszkodzeń tocznych, w układach łożysk wolnoobrotowych.

Weźmy pod uwagę uszkodzenie łożyska tocznego, które generuje wysokoczęstotliwościowy impuls drganiowy, podczas gdy element toczny przetacza się w miejscu uszkodzenia bieżni.

Rysunek 1. Generowany impuls uderzeniowy podczas przetaczania elementu tocznego po bieżni łożyska tocznego. Źródło: Adash

Czas trwania tego zdarzenia przejściowego jest bardzo krótki. Gdy prędkość obrotowa wału jest niska, na przykład 60 obrotów na minutę, zauważymy długi okres czasu pomiędzy kolejnymi impulsami. Rozważmy przykład, w którym czas pomiędzy zdarzeniami impulsowymi wyniesie 1 sekundę. Jeśli zamierzamy zaobserwować minimum 10 zdarzeń impulsowych, nasz przebieg czasowy będzie trwał 10 sekund.

Rysunek 2. Czas trwania przebiegu czasowego, przy rejestracji minimum 10 zdarzeń impulsowych. Źródło: Adash

Gdy powiększymy jeden impuls, zauważymy, że ma on przebieg naturalnej częstotliwości i w rzeczywistości jest to naturalna częstotliwość mechanicznej struktury. Może to być naturalna częstotliwość łożyska lub jego obudowy. Pamiętajmy, że rzeczywisty impuls zawiera w istocie nie jedną, a więcej częstotliwości naturalnych, ale dla naszych rozważań pozostaniemy przy jednej częstotliwości naturalnej.

Rysunek 3. Okres i  częstotliwość naturalna w impulsie uderzeniowym. Źródło: Adash

Możemy zauważyć czas okresu oznaczony na rysunku jako „T”. Gdy określimy jego częstotliwość jako

f=1/T, okaże się, że ta częstotliwość jest zazwyczaj w zakresie od 5 kHz do 20 kHz. Oznacza to, że długość impulsu w rzeczywistości trwa zaledwie kilka milisekund. Jeśli zamierzamy właściwie odwzorować tego typu impuls, musimy dokonać pomiaru w wysokim zakresie częstotliwości i z wysoką częstotliwością próbkowania, wynoszącą 65 kHz. Chcąc zachować choćby jedną minutę sygnału czasowego, okaże się, że zarejestrujemy 4 miliony próbek, co odpowiada 16 milionom bajtów pamięci, czyli 16 MB dla jednego pomiaru. To wielki bufor i wiele analizatorów nie jest w stanie przetworzyć takiej ilości danych. Analizatory Adash potrafią przetworzyć takie ilości danych, jednak jest to nieefektywne i czasochłonne.

Może zatem częstotliwość próbkowania powinna być niższa? Niestety to nie zadziała. Gdy obniżymy częstotliwości próbkowania, utracimy rzeczywisty kształt impulsów uderzeniowych. Dodatkowo filtr antyaliasingowy usunie wysokie częstotliwości i zarejestrowany sygnał będzie miał niewiele wspólnego z rzeczywistością.

Rysunek 4. Oryginalny przebieg czasowy i jego odwzorowanie przy niewystarczającej częstotliwości próbkowania. Źródło: Adash

Naturalne częstotliwości są wysokie i konieczne jest ich prawidłowe odwzorowanie. Metoda ACMT jest zatem pewnym sposobem kompresji sygnału, o wysokiej częstotliwości próbkowania 65 kHz, skompresowanej do niskiej częstotliwości – typowo 1 kHz, ale z zachowaniem unikalnych właściwości – kształtu rejestrowanego sygnału. Oznacza to, że wszystkie wysokoczęstotliwościowe impulsy nie będą utracone.

Przebieg czasowy

Rozważmy przebieg czasowy, zarejestrowany na uszkodzonym łożysku, z typowymi impulsami uderzeniowymi, w formie nieskompresowanej, o długości 8 sekund. Zarejestrowano ponad pół miliona próbek… Wszystkie impulsy są dobrze widoczne.

Wykonanie tego samego pomiaru z wykorzystaniem metody ACMT, gdzie częstotliwość próbkowania wynosi tylko 1 kHz. Pobrano zaledwie 8000 próbek. Zauważmy, że kształt  impulsów pomimo tego jest nadal bardzo dobrze widoczny.

Rysunek 5. Zarejestrowany przebieg czasowy z uszkodzonego łożyska w sposób tradycyjny i z wykorzystaniem metody ACMT. Źródło: Adash

Porównajmy obydwa przebiegi czasowe w powiększeniu i przeanalizujmy różnice.

Rysunek 6. Porównanie impulsów uderzeniowych w powiększeniu. Źródło: Adash

Szczegóły wyglądają co prawda nieco inaczej – jest to koszt kompresji, ale taki widok pozwala nam nadal dokonywać szybkiej, ilościowej oceny stanu łożyska. Gdybyśmy zastosowali typowe techniki ograniczania ilości danych, przebieg nie wyglądałby jak przebieg czasowy i wyglądałby mniej więcej tak:

Rysunek 7. Widok impulsów uderzeniowych po kompresji, bez wykorzystania ACMT. Źródło: Adash

Typy kompresji w metodzie ACMT

Mamy do wyboru dwa typy kompresji w metodzie ACMT: True PEAK oraz RMS. Szczególnie warta stosowania jest kompresja dla wartości skutecznej RMS, ponieważ wartość ta po kompresji odpowiada rzeczywistej wartości skutecznej oryginalnego przebiegu czasowego. Dzięki temu jest to parametr łatwy do porównywania i monitorowania stanu łożyska tocznego.

Rysunek 8. Wybór metody kompresji ACMT. Źródło: Adash

Reasumując, metoda ACMT jest pewnego rodzaju nowym podejściem do analizy stanu łożysk, szczególnie wolnoobrotowych i cechuje się możliwością stosunkowo łatwej interpretacji wyników. Może znaleźć również zastosowanie we wszystkich aplikacjach, gdzie wymagane jest rejestrowane bardzo długich przebiegów, z koniecznością analizy wysokich częstotliwości.

Opracowanie: VIMS na podstawie materiałów ADASH.