Advantages and disadvantages of using cepstrum, envelope spectrum and bispectrum for multistage gearbox diagnostic

• Autorzy: Bartelmus W. , Zimroz R.

Warianty tytułu

PL

Wady i zalety analiz: cepstrum, widmo obwiedni i bispectrum w diagnostyce wielostopniowych przekładni zębatych

• Konferencja: Diagnostics'04, III Międzynarodowy Kongres Diagnostyki Technicznej (6-9 września 2004, Poznań, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Using mathematical modelling and computer simulation we can generate vibration signals and made complex and complete investigation on diagnostic signal properties and on relation between vibration and gearbox condition. Many publications presented by the authors and another investigators proved that it is a truthful way. Gearbox condition should be divided into four groups of factors videlicet: de-sign factors (DF), production technology factors (PTF), operational factors (OF) condition change factors (CCF) collectively DPTOCCF. Publications given by the authors show that using collectively DPTOCCF leads to inferring diagnostic information of gearing system condition. For signal assess-ment may be used signal analysis. A review and comparison of most popular vibration signal analysis method used for fault detection and localisation in gearbox condition assessment problem are pre-sented in this paper. Some disadvantages of cepstrum and envelope spectrum methods are underlines. Bispectrum analysis is recommended for identification of signal structure (as well modulation, defect detection), fault localisation (for example unstable shaft work, local tooth failure, distributed failures) and early stage fault detection.

PL

Zastosowanie modelowania matematycznego i symulacji komputerowej zjawisk dynamicznych w przekładniach zębatych poz.wala wygenerować sygnały i wykonywać na nich analizy podobnie jak dla sygnałów drganiowych z przekładni w czasie jej eksploatacji. Uzyskane sygnały poddawane są analizie w celu określenia diagnostycznych własności sygnału i relacji pomiędzy sygnałem a stanem tech-nicznym. Stan techniczny przekładni zębatej można opisać za pomocą wielu czynników pogrupowa-nych następująco: czynniki konstrukcyjne, czynniki technologiczne, czynniki eksploatacyjne, zmiana stanu. Dotychczasowe publikacje autorów wykazują, że takie sformułowanie problemu prowadzi do wyodrębnienia informacji diagnostycznej zawartej w sygnale drganiowym, co poz.wala ocenić stan techniczny przekładni Do oceny stanu technicznego na podstawie drga n można wykorzystać wiele metod analizy sygnałów. W pracy przegląd i porównanie najpopularniejszych metod stosowanych diagnostyce zorientowanej uszkodzeniowo. Podkreślono problemy z interpretacją wyników analiz cepstrum i widmo obwiedni dla sygnałów drganiowych z przekładni badanych przez autorów. Wy-eksponowano zalety analizy bispektralnej w procesie identyfikacji struktury częstotliwościowej sy-gnału drganiowego, lokalizacji uszkodzeń (nieprawidłowa praca wałów, uszkodzenia lokalne oraz zu-życie) i w wykrywaniu wczesnych faz niesprawności.

Słowa kluczowe

EN

signal analysis; signal processing; diagnostic inference; fault detection; fault localization

PL

analiza sygnałów; przetwarzanie sygnałów; wnioskowanie diagnostyczne; lokalizacja uszkodzeń; wykrywanie uszkodzeń

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 30, T. 1
• Strony: 39--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Bartelmus W.

• Instytut Górnictwa, Politechnika Wrocławska, Pl Teatralny 2, 50-051 Wrocław

autor

Zimroz R.

• Instytut Górnictwa, Politechnika Wrocławska, Pl Teatralny 2, 50-051 Wrocław

Bibliografia

• [1] Bartelmus W Zimroz R Zastosowanie analizy bispektrum w diagnostyce przekładni zębatych - część 1: charakterystyka sygnałów generowanych przez przekładnie i analizy sygnałów modelowych DIAG 2003.
• [2] Bartelmus W Zimroz R Zjawisko modulacji w przekładniach wielostopniowych XXX Sympozjum Diagnostyka Maszyn Węgierska Górka 2003.
• [3] Bartelmus W, Computer aided multistage gearbox diagnostic inference by computer simulation, Scientific papers of the Institute of Mining of the Wroclaw University of Technology 2002.
• [4] Bartelmus W. Mathematical modeling of gearboxes vibration for fault diagnosis International Journal of Comadem (2000) 3(3) pp. 5-15.
• [5] Bartelmus W. Mathematical Modelling and Computer Simulations as an Aid to Gearbox Diagnostics. Mechanical Systems and Signal Processing 2001 Vol.15, nr5, s. 855-87.
• [6] Bartelmus W. Supporting diagnostic inference by mathematical modelling and computer simulations. Conference Proceedings of 3rd International Congress. PoznaĔ 2004, (in print).
• [7] Bouillaut L. Sidahmed M. Cyclostationary and Bilinear approaches for gears vibrating signals: application to helicopter gear box diagnosis, 9th IMEKO TC-10 International Conference on Technical Diagnostics, Wroclaw 1999.
• [8] Fackrell J.W.A., White P.R. Hammond J.K. Pinnington R.J. Parson A.T. The Interpretation of the bispectra of vibration signals - Part I - Results and Applications MSSP, Vol. 9, No. 3, 1995, pp. 267-274.
• [9] Fackrell J.W.A., White P.R. Hammond J.K. Pinnington R.J. Parson A.T. The Interpretation of the bispectra of vibration signals - Part I - Theory MSSP, Vol. 9, No. 3,1995, pp. 257-266.
• [10] Mączak J. Wykorzystanie zjawiska modulacji sygnału wibroakustycznego w diagnozowaniu przekładni o zębach śrubowych. Rozprawa doktorska Politechnika Warszawska 1998.
• [11] Muller L. Przekładnie zębate - projektowanie ’WNT Warszawa 1996.
• [12] Pulse Bruel Kjaer Envelope Analysis Demo.
• [13] Radkowski S Bispektralna analiza sygnału diagnostycznego, Kongres Diagnostyki Technicznej, Gdańsk 1996.
• [14] Radkowski S Wykorzystanie widm wyższego rzędu w wykrywaniu uszkodzeń XIII Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych Zakopane 2000 s 91-98.
• [15] Randall R.B. Cepstrum Analysis and Gearbox Fault Diagnosis Bruel&Kjaer Application Note.
• [16] Rivola A. Crack Detection by Bispectral Analysis.
• [17] Wenyi Wang Early Detection of Gear Tooth Cracking using the resonance demodulation Technique Mechanical Systems and Signal Processing 2001 15(5) pp. 887, 903.
• [18] Zimroz R. A Diagnostic Method based on modeling for multi stage gearbox used in Conveyor Belts, PhD Thesis Wroclaw University of Technology Wroclaw 2002 (in Polish).