Vibroacoustic study of powertrains operated in changing conditions by means of order tracking analysis

• Autorzy: Pawlik P. , Lepiarczyk D. , Dudek R. , Ottewill J. R. , Rzeszuciński P. , Wójcik M. , Tkaczyk A.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.4.16

Warianty tytułu

PL

Diagnostyka wibroakustyczna zespołów napędowych pracujących w zmiennych warunkach z wykorzystaniem analizy rzędów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Very often, simple signal metrics, such as Root Mean Square, Kurtosis or Crest Factor are used to characterize the operating condition of industrial machinery. Variations in the values of these metrics are often thought to be indicative of the presence of a developing fault. However, it may also be observed that often these parameters are also dependent on the operating conditions of the machine. This paper proposes a method for the assessment of the technical condition of powertrain components taking into consideration changes to system loading and rotational speed. The method allows diagnostic parameters to be determined which are independent of the speed or the loading of the power train. This decoupling allows robust condition indicators, independent of operating state, to be determined. The method proposed is based on the order analysis of vibroacoustic signals, properly scaled in terms of amplitude for the loading and rotational speed. A diagnostics experiment was carried out using a laboratory test facility comprised of a motor, a parallel shaft gearbox and a worm gear. Shaft misalignment was simulated for various components at various rotational speeds of the input shaft and different system load conditions.

PL

Do określenia stanu technicznego maszyn przemysłowych bardzo często używane są podstawowe parametry sygnału, takie jak wartość skuteczna (RMS), kurtoza czy współczynnik szczytu. Zmiana tych parametrów w większości przypadków traktowana jest jako zmiana stanu technicznego maszyn. Jednak w niektórych przypadkach może być ona związana również ze zmianą warunków pracy maszyny. W artykule zaproponowano metodę oceny stanu technicznego elementów napędu uwzględniającą zmianę obciążenia układu oraz zmianę prędkości obrotowej. Metoda ta umożliwia wyznaczenie parametrów diagnostycznych, które są niezależne od zmiany prędkości oraz obciążenia układu napędowego. Pozwala to na wyznaczenie wartości krytycznych tych parametrów niezależnych od warunków pracy maszyny. Zaproponowana metoda oparta jest na analizie rzędów sygnału wibroakustycznego odpowiednio przeskalowanej amplitudowo ze względu na obciążenie oraz prędkość obrotową.W celu weryfikacji metody przeprowadzono eksperyment diagnostyczny na stanowisku laboratoryjnym, składającym się z silnika, przekładni walcowej oraz przekładni ślimakowej. Zasymulowana została niewspółosiowość wałów dla różnych podzespołów dla różnych prędkości obrotowych wału wejściowego i różnych obciążeń układu.

Słowa kluczowe

EN

order analysis; vibroacoustics; diagnostics; condition monitoring

PL

analiza rzędów; wibroakustyka; diagnostyka; monitorowanie stanu technicznego

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 4
• Strony: 606--612
• Opis fizyczny: Biblior. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pawlik P.

• AGH University of Science and Technology, Department of Mechanics and Vibroacoustics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Lepiarczyk D.

• AGH University of Science and Technology, Department of Machine Design and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Dudek R.

• AGH University of Science and Technology, Department of Machine Design and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Ottewill J. R.

• ABB Corporate Research Center, ul. Starowiślna 13 A, 31-038 Kraków, Poland

autor

Rzeszuciński P.

• ABB Corporate Research Center, ul. Starowiślna 13 A, 31-038 Kraków, Poland

autor

Wójcik M.

• ABB Corporate Research Center, ul. Starowiślna 13 A, 31-038 Kraków, Poland

autor

Tkaczyk A.

• ABB Corporate Research Center, ul. Starowiślna 13 A, 31-038 Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Bartelmus W, Zimroz R. A new feature for monitoring the condition of gearboxes in non-nonstationary operation conditions. Mechanical Systems and Signal Processing 2009; 23(5): 1528-1534, http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2009.01.014.
• 2. Braun S, Seth B B. On the extraction and filtering of signals acquired from rotating machines. Journal of Sound and Vibration 1979; 65(1): 37-50, http://dx.doi.org/10.1016/0022-460X(79)90526-1.
• 3. Cempel C. Diagnostyka Wibroakustyczna Maszyn, Warszawa: PWN, 1989.
• 4. Cioch W, Knapik O, Leśkow J, Finding a frequency signature for a cyclostationary signal with applications to wheel bearing diagnostics, Mechanical Systems and Signal Processing. spec. iss.: Condition monitoring of machines in non–stationary operations 2013; 38(1): 55-64.
• 5. Gajek A. Szczypiński-Sala W. Wybrane własności tribologiczne okładzin ciernych hamulców tarczowych, Archiwum Motoryzacji 2012; 57(3): 119-132.
• 6. Hines J W, Jesse S, Kuropatwinski J, Carley T, Kueck J, Nower D, Hale F. Motor Shaft Alignment Versus Efficiency Analysis, P/PM Technology 1997; October: 10-13.
• 7. Lees A W. Misalignment in rigidly coupled rotors, Journal of Sound and Vibration 2007; 305(1-2): 261-271, http://dx.doi.org/10.1016/j.jsv.2007.04.008.
• 8. Lenart L, Leśkow J, Synowiecki R., Subsampling in estimation of autocovariance for periodically correlated time series, Journal of Time Series Analysis 2008; 29(6): 995-1018, http://dx.doi.org/10.1111/j.1467-9892.2008.00591.x.
• 9. McFadden P. D. Examination of a technique for the early detection of failure in gears by signal processing of the time domain average of the meshing vibration, Mechanical systems and signal processing 1987; 1(2): 173-183, http://dx.doi.org/10.1016/0888-3270(87)90069-0.
• 10. National Instrument. LabVIEW Order Analysis Toolkit User Manual. 2005.
• 11. Ottewill J R, Orkisz M. Condition monitoring of gearboxes using synchronously averaged electric motor signals. Mechanical Systems and Signal Processing 2013; 38(2): 482-498, http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2013.01.008.
• 12. Pan M C, Chiu C C. Investigation on improved Gabor order tracking technique and its applications, Journal of Sound and Vibration 2006; 295(3-5): 810-826, http://dx.doi.org/10.1016/j.jsv.2006.01.046.
• 13. Randall R B. Frequency Analysis. Denmark: Bruel & Kjær, 1987.
• 14. Shao H, Jin W, Qian S. Order tracking by discrete Gabor expansion, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 2003; 52(3): 754–761, http://dx.doi.org/10.1109/TIM.2003.814670.
• 15. Studziński K. Collective work: Techniczny poradnik samochodowy - part II. Warszawa: WNT, 1962.
• 16. Stander C J, Heyns P S, Schoombie W. Using vibration monitoring for local fault detection on gears operating under fluctuating load conditions, Mechanical Systems and Signal Processing 2002; 16(6): 1005–1024, http://dx.doi.org/10.1006/mssp.2002.1479.
• 17. Qi X, Yuan Z, Han X. Diagnosis of misalignment faults by tacholess order tracking analysis and RBF networks, Neurocomputing 2015; 169: 439–448, http://dx.doi.org/10.1016/j.neucom.2014.09.088.