Вибродиагностика машин и механизмов. Учебное пособие

Рис. 3.7

Подобный метод спектрального анализа применяется для изучения многих видов колебательных процессов.

Важной характеристикой вибросигнала является его мощность, причем не всего сигнала, а тех составляющих, которые имеют одну природу образования. Предварительно эту часть выделяют из сигнала вибрации. Например, на поверхность самолета одновременно действуют шум струи и пульсации давления ТПС. Используя корреляционную методику, эти сигналы можно разделить.

Большой интерес представляет совместный анализ вибрации в двух

иболее пространственно разделенных точках. Но, к сожалению, не существует универсальных методов пространственного анализа сигналов вибрации.

Например, одной из типовых задач является обнаружение утечки жидкости в трубопроводах. Для ее решения используют взаимные спектры вибрации трубопроводов, измеряемые в двух удаленных точках.

Другая типовая задача пространственного анализа – это исследование формы колебаний крупных машин на частоте вращения ротора.

Проблемы, связанные с исследованиями формы колебаний машин

иоборудования на частоте вынужденных колебаний, чаще всего возникают из-за сложности возбуждения колебательных сил на этой частоте.

Если вибрация роторных машин на частоте вращения ротора и ее гармоник возникает естественным образом, то для исследования форм колебаний на других частотах применяют вибраторы. К сожалению, их установка на оборудование изменяет формы колебаний. Поэтому приходится применять специальные меры по компенсации влияния массы вибратора. Например, соединять подвижную катушку вибратора с изделием с помощью длинного стержня.

Проще решаются задачи исследования форм колебаний на резонансных частях. Эта проблема решается методами и техниче-

скими средствами модального анализа, которые в первую оче-

редь применяются для исследования форм собственных колебаний объектов. Вибрация объекта возбуждается ударными импульсами последовательно во всех точках, где надо определять форму колебаний, а отклик определяют в местах, где в рабочем состоянии действует сила.

31

Для построения форм колебаний используют специальные программы, входными данными в которых являются параметры удара, параметры отклика на вибрацию, измеряемые вибрации, координаты точек удара. Эти программы выпускаются фирмами, изготавливающими оборудование для вибродиагностики.

Важным разделом виброанализа является статистическая обработка результатов измерения параметров вибрации по группе независимых измерений. В такую группу входят данные измерений на одном и том же объекте либо результаты измерений, проведенных в одних и тех же точках при идентичных условиях работы.

Задача такого анализа – выявить закон распределения значений контролируемого параметра.

Как правило, значения таких параметров, замеренных на бе з- дефектном оборудовании, укладываются в нормальный закон, который характеризуется двумя оценками: средним значением и дисперсией.

При наличии дефектов в изделии закон распределения может отличаться от нормального. В этом случае контролируется изменение параметров по времени. На рис. 3.8 показано изменение по времени вибрации створки вентиляции двигателя в зависимости от продолжительности эксплуатации.

А

Статистический анализ многих параметров вибрации, проведенный в одной группе, показывает сходимость измерений не к нормальному, а к логарифмически нормальному закону.

Кроме типовых методов анализа сигналов вибрации в последние годы используется ряд специальных многопараметрических методов описания и анализа сигналов.

32

усредняя результаты нескольких последовательно проведенных измерений. Например, сигнал вибрации двигателя.

А

За 1 оборот

t

А

За 10 оборотов

t

А Рис. 3.12

Из рис. 3.12 видно, что синхронное накопление временных отрезков позволяет снизить уровень случайных составляющих и повысить качество анализа формы вибрации. Но при этом надо помнить, что при слишком большом количестве усреднений получится не улучшение соотношения «сигнал/шум», а, наоборот, – понижение качества информации.

3.2.2. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Статистические методы анализа вибрации, измеряемой в конкретной точке машины или оборудования, применяются в тех случаях, когда невозможно точно определить значения вибрации x(t) в произвольный момент времени t или установить точную связь параметров вибрации по времени. В практической диагностике применяют лишь некоторые из методов статистического анализа:

Первый метод. Количественная оценка отличия реального распределения плотности вероятности p(x) от нормально закона.

Второй метод. Определение пороговых значений для каждого из выбранных параметров вибрации, разделяющих объекты контроля на классы.

Третий метод. Проведение оценки измеренных параметров вибрации во времени.

36

Еще одним методом является установка статистической связи между различными сигналами.

Плотность вероятности сигнала x(t) удовлетворяет условию:

Ґ

т p(x)dx = 1

-Ґ

Сигнал вибрации, как правило? имеет симметричную относительно положения равновесия форму, а вероятность p(x) может принимать

различные значения. (рис. 3.13).

В вибродиагностике задача определения закона распределения p(x) обычно не ставится. Более важной задачей является оценка отли-

чия формы реального распределения p(x) от закона нормального распределения.

x

0 x

Рис. 3.13

Как правило, такая оценка производится по четырем основным параметрам распределения p(x) : первый начальный момент (среднее

значение); второй, третий, четвертый центральные моменты распределения.

Среднее значение сигнала

Ґ

x (t) = т x(t) p(x)dx,

37

Коэффициент эксцесса характеризует степень отклонения формы закона распределения p(x) от нормального с тем же среднеквадра-

тическим значением.

Сильнее всего он реагирует на появление выбросов в сигнале из-за микро- и макроударов. В этом случае распределение становится более острым (рис. 3.14).

Появление в объекте контроля дефектов, приводящих к ударам, иногда может и не сопровождаться ростом высокочастотной вибрации. Если эти удары имеют одно направление, то они возбуждают быстрозатухающие несимметричные собственные колебания объекта. При этом весь сигнал вибрации может быть несимметричным с отличным от нуля средним значением.

В практической диагностике анализ сигнала вибрации проводится довольно редко. Чаще проводится анализ амплитуды и мощности.

Если брать распределение положительных значений амплитуды, то в общем случае это распределение нельзя считать симметричным. Так, например, распределение среднеквадратических значений огибающей стационарного узкополосного процесса подчиняется не нормальному закону, а закону Рэлея (рис. 3.15).

p(ξ)

ξ

Рис. 3.15

39

гармоническая составляющая с амплитудой A0 , то распределение будет подчиняться закону Рэлея–Рейса (рис. 3.16).

p(ξ)

ξ

Рис. 3.16

На рисунке

Бесселя.

Если гармоническая составляющая сигнала больше случайной составляющей ( A0 / x і 3 ), закон Рэлея–Рейса переходит в нормальный закон со средним значением

(t) = A0 (1 + 2x / 2A02 ) .

p(x)

40