شاخص های بهداشتی برای ارزیابی سطح آسیب در تشخیص تشخیص: پیشنهادی از یک رویکرد پرانرژی مبتنی بر تجزیه و تحلیل پاکت

استراتژی های پیش بینی تعمیر و نگهداری در زمینه صنعتی به دلیل مزایای آنها از نظر هزینه کاهش هزینه ها و کاهش خرابی دستگاه ایجاد می شود. از بین تکنیک های موجود ، نظارت بر وضعیت مبتنی بر لرزش (VBCM) به ویژه در بسیاری از مشکلات تشخیص گسل تحمل اعمال شده است. ساخت شاخص های بهداشتی یک مسئله اصلی برای VBCM است ، زیرا این ویژگی ها اطلاعات لازم را برای ارزیابی وضعیت ماشین فعلی ارائه می دهند. با این حال ، رابطه بین داده های ارتعاش و منابع آن از نزدیک با آسیب های تحمل ، از دیدگاه تشخیصی به زحمت قابل تعریف نیست. این مطالعه یک تحقیق تشخیصی را که هم بر روی سیگنال لرزش و هم در سیگنال فشار تماس انجام شده است که قرار است یکی از اصطلاحات اصلی اجبار در تعادل پویا یاتاقان آسیب دیده باشد ، فاش می کند. تجزیه و تحلیل پاکت و کورتوز طیفی (SK) برای استخراج و مقایسه ویژگی های تشخیصی از هر دو سیگنال ، با اشاره به مورد مورد موردی که دانشگاه وسترن ذخیره (CWRU) مورد استفاده قرار می گیرد ، استفاده می شود. یعنی ، شاخص های بهداشتی با استفاده از ملاحظات جسمی بر اساس تأثیر گسل ها بر محتوای قدرت سیگنال ساخته می شوند. این شاخص ها نشان می دهد که نه تنها برای تشخیص آسیب ، بلکه برای ارزیابی شدت خسارت نیز امیدوار کننده است. علاوه بر این ، آنها یک کلید خواندن ارزشمند از لینک را که بین مسیر فشار تماس و پاسخ لرزش اتفاق می افتد ، ارائه می دهند.

1. معرفی

بسیاری از مطالعات در سالهای اخیر به توسعه تکنیک های تشخیصی قادر به ارزیابی شرایط بهداشتی ماشین آلات از داده های لرزش اختصاص یافته است. بیست سال گذشته شاهد پیشرفت های فزاینده ای در این زمینه بوده است ، از این رو نیازهای فزاینده ای به نظارت مبتنی بر شرایط (CBM) طیف گسترده تری از استراتژی های نظارت بر آن را برآورده کرده است [1]. CBM نقش مهمی در زمینه صنعتی ایفا می کند ، جایی که ماشین آلات برای مدت طولانی کار می کنند و مزایای اقتصادی بلند مدت مربوط به نگهداری پیش بینی کننده قابل توجه است ، به خصوص اگر با نگهداری پیشگیرانه مقایسه شود [2]. در واقع ، حتی اگر تعمیر و نگهداری پیش بینی کننده نیاز به ابزار دقیق دیگری مانند سنسورها ، سیستم های خرید و ابزارهای مربوط به تهیه داده ها داشته باشد ، شرایط ماشین در هر زمان با استفاده از شاخص های بهداشتی که به درستی از داده های موجود ساخته می شوند ، شناخته می شوند. بنابراین ، عمر مفید باقیمانده (RUL) می تواند بر اساس شرایط فعلی تخمین زده شود ، بنابراین هزینه ها و زمان را با توجه به استراتژی های نگهداری پیشگیرانه مبتنی بر زمان که بیشتر به ارزیابی های پیشینی زمان به شکست متکی هستند ، صرفه جویی می کند. در این موارد ، برخی از مؤلفه ها مانند یاتاقان های عنصر نورد ممکن است در اطراف میانگین عمر خستگی ، از گسترش آماری زیادی رنج ببرند. در نتیجه ، استراتژی های نگهداری پیشگیرانه محافظه کارانه منجر به تعداد بیش از حد جایگزینی از مؤلفه ها می شود که حتی می توانند دو یا سه برابر طولانی تر باشند [1،3]. سپس ، در دسترس بودن تکنیک های CBM ، هم از نظر مدل های فیزیک و هم از مدل های مبتنی بر داده ، گسترده تر شده است. دومی به لطف گسترش الگوریتم های یادگیری ماشین و یادگیری عمیق [4،5،6،7،8،9،10،11،12،13،14،15،16،17،18] به سرعت افزایش یافته استبا افزایش قدرت محاسباتی. در میان روشهای CBM ، تحقیقات موجود کاربرد تجزیه و تحلیل انتشار آکوستیک (AE) [19،20،21] ، تجزیه و تحلیل لرزش [22،23،24،25،26،27] و تجزیه و تحلیل روان کننده [1] در بخشزمینه بلبرینگ تشخیص و پیش آگهی. به طور خاص ، مقدار قابل توجهی از ادبیات در مورد نظارت بر وضعیت مبتنی بر لرزش (VBCM) برای تشخیص آسیب یاطاقان منتشر شده است. این امر با این واقعیت توجیه می شود که یاتاقانها گره های اصلی سیستم های مکانیکی پیچیده هستند ، زیرا ارتعاشات آنها تحت تأثیر وضعیت بهداشتی سایر مؤلفه ها قرار می گیرد ، بلکه پویایی تحمل بر کل رفتار دستگاه تأثیر می گذارد [29،30]. در این سناریو ، اکنون اثربخشی تجزیه و تحلیل پاکت برای تحمل تشخیص گسل به خوبی تثبیت شده است.

در واقع ، تجزیه و تحلیل پاکت ، که در ابتدا با نام تکنیک رزونانس با فرکانس بالا معرفی شده است [31،32،33،34،35،36] ، قادر به تأکید بر هارمونیک های گسل عجیب و غریب در طیف لرزش ، با بهره گیری از تبدیل هیلبرت است.

در اصل ، مدول سیگنال های پیچیده که قسمت خیالی آنها تبدیل هیلبرت است و بخش واقعی خود سیگنال است که پاکت هیلبرت را تشکیل می دهد. فرضیه اساسی این روش در این واقعیت نهفته است که سیگنال لرزش تولید شده توسط یاتاقان های آسیب دیده اساساً یک سیگنال تعدیل شده دامنه است که در آن به ترتیب فرکانس های گسل مشخصه و فرکانس چرخش به ترتیب ، به عنوان حامل و اجزای تعدیل کننده عمل می کنند. از این رو ، تجزیه و تحلیل دامنه و تجزیه و تحلیل سیکلوستاسیون در بسیاری از مشکلات تشخیص گسل موفقیت آمیز است [22،23،24،37،38،39،40،41،42،43].

در پیگیری این کارها ، آنتونی و رندال کورتوز طیفی (SK) و کورتوگرام سریع (FK) را به عنوان ابزاری قدرتمند برای انتخاب باند فیلتر بهینه برای تخریب سیگنال پیشنهاد کردند [44،45،46،47]. فرض اساسی این است که Kurtosis یک حیاط مناسب از تکانه های گذرا است و از این رو قادر است باند های فرکانس حاوی بیشتر غیر ایستگاه ها را تشخیص دهد. در واقع ، محتوای تشخیصی مربوط به فرکانس های سینماتیک آسیب دیده در باند های فرکانس بالا طیف های خام پنهان است ، جایی که رزونانس های ساختاری دستگاه از تکانه های مربوط به اعتصاب عناصر نورد هیجان زده می شوند. سپس ، تحقیقات اخیر رابطه بین SK ، پاکت مربع و هنجار L2/L1 [48،49] را نشان داده است ، و اطلاعات جدیدی را برای توصیف گسل های تحمل ارائه می دهد ، در حالی که سایر آثار گزینه های دیگری را برای FK ارائه داده اند [50،51]. علاوه بر این ، تکنیک های مختلف پیش پردازش برای از بین بردن تأثیر تغییرپذیری سرعت [22،52،53] و جدا کردن قسمت ثابت امضای ارتعاش دستگاه از قسمت غیر ایستگاه که به شدت با سهم یاتاقان مرتبط است ، پیشنهاد شده است.

اگرچه بسیاری از آثار به مشکل تشخیص خسارت از داده های لرزش اشاره کردند ، اما مطالعات کمی از دیدگاه تشخیصی ، رابطه بین پاسخ پویا اندازه گیری شده و شرایط اجباری که در تعادل پویا از تحمل آسیب دیده عمل می کنند ، بررسی کرده اند. به ویژه ، نویسندگان این اثر به شدت معتقدند که فشار تماس بین عناصر نورد و نژاد معیوب یکی از منابع اصلی تحریک است. در نتیجه ، قرار است سیگنال لرزش از طریق یک عملکرد انتقال مربوط به خاصیت ارتجاعی سیستم به نوعی با سیگنال فشار تماس مرتبط باشد. در مرحله بعد ، برای آنچه در مورد تشخیص سیستم مربوط می شود ، شناسایی همبستگی بین سطح آسیب و برخی از شاخص های بهداشتی ساده نیست.

هدف اصلی این مطالعه ریشه های آن را در رابطه بین جنبه های فوق الذکر نشان می دهد. از یک طرف ، در ابتدا سیگنال فشار تماس با استفاده از یک مدل تماس غیر هرتزیایی شبیه سازی می شود [54] که قادر به توصیف منحنی های غیر ثابت معمولی برای نژادهای معیوب است. سپس ، سیگنال حاصل از طریق تکنیک های تشخیصی که قبلاً مورد بحث قرار گرفت ، تجزیه و تحلیل می شود. بنابراین ، در این مقاله ، پیشنهادی از شاخص های بهداشتی به گونه ای تدوین شده است که می توان دو شرط را برآورده کرد. اولین مورد این است که آنها ارتباط نزدیکی با محتوای قدرت سیگنال دارند که صرفاً در برابر آسیب ها غیرقابل توصیف هستند ، بنابراین انتظار دارند که به سطح آسیب حساس باشند. ثانیا ، واحدهای فیزیکی آنها مقایسه مستقیم با داده های لرزش را به منظور ارزیابی همبستگی بین محتوای تشخیصی دو سیگنال امکان پذیر می کنند. با توجه به چنین ملاحظاتی ، تجزیه و تحلیل تشخیص آسیب در مورد داده های لرزش ناشی از مرکز داده های تحمل دانشگاه Weste Reserve (CWRU) انجام می شود [55] ، که به یک مجموعه داده معیار برای تحمل تشخیص تبدیل شده است [12،38،56،57،58 ،59،60].

در این مقاله ، ثابت شده است که شاخص های سلامت پرانرژی نه تنها بینشی در مورد تشخیص آسیب و تخمین شدت آسیب می بینند ، بلکه محتوای تشخیصی دو سیگنال مختلف را نیز در بر می گیرند. علاوه بر این ، به نظر می رسد این فرضیه را تأیید می کند که دو سیگنال تا حدی به هم متصل هستند و شاخص پرانرژی یک کلید خواندن قابل ارزیابی از چنین پیوندی است. با این وجود ، این مطالعه مقدماتی باید با توجه به مقدار قابل توجهی از داده ها ، با تجزیه و تحلیل آماری تصفیه شده تر تأیید شود.

2. مواد و روشها

در این کار ، مجموعه داده CWRU مورد بررسی قرار گرفت تا درک تعامل بین فشار تماس و ارتعاشات در یاتاقان ها با گسل های موضعی را بدست آورد. پارامترهای تشخیصی به طور خاص برای افزایش شدت آسیب و امکان مقایسه بین پاسخ پویا و یکی از منابع اصلی تحریک آن ساخته شده است. در این راستا ، از روشهای تثبیت شده مانند فیلتر باند-پاس مبتنی بر SK و تجزیه و تحلیل پاکت استفاده شد. یعنی ، اولی به تقویت قسمت غیر ایستگاه کمک کرد ، در حالی که دوم در تخریب سیگنال اقدام کرد. تبدیل هیلبرت به تصویب شده برای تخریب سیگنال در معادله (1) گزارش شده است:

پردازش سیگنال با استفاده از اسکریپت Matlab ® که به طور خاص برای این منظور ساخته شده است انجام شد. تمام جزئیات مربوط به پارامترهای پردازش سیگنال در بخش های زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت. سیگنال فشار برای تحمل در نظر گرفته شده با استفاده از یک مدل تماس غیر هرتزیایی که در یک کد MATLAB اجرا شده است ، شبیه سازی شد. یعنی ، این کد با پیروی از فرضیات اصلی گزارش شده در کار مارمو و همکاران ساخته شده است.[54] برای راه حل عددی مشکلات تماس. فرکانس عبور توپ در مسابقه بیرونی (BPFO) ، در مسابقه داخلی (BPFI) و فرکانس قطار اساسی (FTF) معادلات (2) - (4) را می توان به عنوان توابع فرکانس چرخش f r ، تعداد موارد بیان کرد. عناصر نورد n ، قطر عناصر نورد D و زاویه بار.