Акустический анализ для остальных
Джефф Грибл, UVLM inc.
Источник: http://www.uvlm.com/DOCS/acoustic_analysis.htm
Если на заводе когда-либо проводились исследования причин неполадок подшипников или электрического двигателя и было обнаружено, что возможной причиной неполадок являются проблемы со смазкой, то персонал, ответственный за смазку оборудования, должен рассмотреть акустический анализ для решения данного вопроса. Если до этого никто не задавался вопросом, как много смазки следует использовать и как часто необходимо смазывать оборудование, то акустический анализ может помочь решить эти проблемы.
Специалист по смазке смазывает подшипник с использованием акустической техники Ultra-Lube
Что такое акустический анализ?
Акустическая или звуковой анализ – это измерение уровня звука, звуковых волн, вызванных контактом компонентов внутри оборудования. Это термин обычно используется в других областях, таких как индустрия звукозаписи, и его применение в мониторинге смазки подшипников является относительно новым. Это не означает, что примитивные производные от этого метода не использовались в течение многих лет. Большинство работников, участвующих в промышленном обслуживании оборудования, знакомы с таким методом прослушивания вращающегося оборудования, как приближение уха к вращающимся деталям. По соображениям безопасности такой способ никогда не должен применятся. Это, однако, простой и достаточно эффективный метод диагностики. Этот метод хорошо работает, ведь звук создается при вибрации среды, которая возникает при качении элементов внутри подшипника, когда они соприкасаются друг с другом или с дорожкой качения.
Акустический анализ похож на анализ вибрации, однако основной задачей анализа вибрации является выявление причин отказа вращающихся деталей оборудования путем измерения и контроля вибрации на дискретных частотах и записи данных для анализа тенденций. Акустический анализ подшипников ориентирован на исследование смазки подшипников и сосредоточен на предупреждении отказов оборудования по причине недостатка смазки.
Устройства определения звуковых частот со встроенными преобразователями.
Входные преобразователи трансформируют звук в аудио сигналы.
Ниже приведены различные типы входных преобразователей:
- Микрофоны звукового давления (скоростные) - преобразуют звуковые волны, распространяющиеся по воздуху в звуковой сигнал, передающийся через микрофонный кабель.
- Контактные датчики преобразуют звуковые волны в плотной среде (дерево, металл, кожа) в звуковой сигнал. Они иногда используются на акустических струнных инструментах, таких как гитары, мандолины, скрипки, и т.д.
- Магнитные датчики – это преобразовали колебания волн магнитной индукции в звуковой сигнал. Они применяются на электрических струнных инструментах (электрогитары и т.д.) и измерителях перемещения на вращающихся валах.
- Кассетные головки - это преобразователи колебания магнитного поля (используются кассеты с магнитной лентой записи) в звуковой сигнал.
Входные преобразователи предназначены для мониторинга подшипников и смазки; в них используются контактные датчики и сенсоры колебаний (звуковых волн), которые излучает подшипник. Применение смазки в подшипниках смягчает столкновение металлических контактов и гасит вибрацию качения, тем самым изменяя уровень сигнала вибрации. Звуковые и вибрационные колебания могут быть легко зафиксированы и записаны с использованием специально созданного оборудования. Входные преобразователи чрезвычайно чувствительны. Важно отметить, что наименьшее изменение давления, возникающего при размещении контактных датчиков на источниках вибрации, может дать различные результаты последующих измерений.
История появления
Идея мониторинга подшипников с использованием преобразователей основана на применении в качестве первоначально источника колебаний ультразвуковые устройства, предназначенные для обнаружения утечек давления и неисправностей подшипников. Эти устройства обнаруживают вибрацию в ультразвуковом (выше 20000 Гц) диапазоне частот. Зачастую для определения необходимого количества смазки в подшипнике с помощью этих устройств необходимо вовлечение в процедуру двух людей. Один техник использует ультразвуковой аппарат для прослушивания подшипников и второй человек, специалист по смазке, вводит смазку с использованием пистолет ручной смазки. Когда человек с ультразвуковой техникой остается довольным, тем, что смазка достигла подшипника, он делает знак технику, отвечающему за смазку, чтобы тот прекратил смазывание. Такому способу, при котором используется ультразвуковое оборудование, присущи следующие два недостатка:
- Такое распределение ресурсов и оборудования для двух кадровых работников для смазки подшипников нерентабельно.
- Используя только ультразвуковые детекторы, сложно определить оптимальные точки, в которых подшипник должен бать смазан.
Следует сказать, что промышленность продолжает смазывать подшипники таким традиционным образом, используя очень трудо- и времязатратный метод. Поскольку подшипники продолжают быть пере-и недосмазаны, необходимость в разработке лучшего метода осталась.
В конце 1980-х, Дуглас Грибл, основатель UVLM Inc, изобрел устройство и способ для смазки подшипников с использованием входного преобразователя, который работает в звуковом (20 Гц до 20000 Гц) диапазоне частот и крепится непосредственно на пистолет для смазки. Это устройство позволяло одному технику смазывать подшипники, базируясь на параметрах звука, порождаемого подшипником, тем самым снижая затраты на рабочую силу. Правильно смазанные подшипники и те, которые нуждаются в смазке, имеют различные характеристики звука, которые воспринимаются и интерпретируются человеческим ухом.
В последнее время многие производители ввели на рынок оборудование, разработанное для использования одним человеком. Многие из этих инструментов работают в ультразвуковом диапазоне частот. Хотя эти приборы и предназначены для одного пользователя, они также предполагают дополнительное оборудование для интерпретации сигнала. Некоторые из них включают датчики и счетчики звука, другие записывают или наблюдают сигнал с использованием программного обеспечения для интерпретации звука. Истинную эффективность любого оборудования в значительной степени определяет способность к интерпретации данных, поступивших от подшипника. Существует множество дискуссий и обсуждений о том, какие технологии, устройства или методы лучше всего для этого подходят. Чтобы понять это, необходимо узнать немного о том, что такое звук на самом деле и как работает человеческий слух.
Что такое звук?
Звук - это эффект, который возникает, когда среда начинает вибрировать. Начальные колебания источника звука называется основными, и начальная частота получила название основной частоты. Последующие колебания, которые являются кратными основной частоте, называются гармониками. Число и амплитуда гармоник определяет качество (или тембр) музыкальных инструментов, и делают возможным для людей отличить два различных музыкальных инструмента, играющих одну и ту же ноту.
Когда человек слышит звуки в звуковом диапазоне, такие как музыка или шум подшипников, мозг реагирует, включая в работу ряд областей за пределами слуховой коры, включая области, обычно участвующие в других видах мышления. Визуальный, тактильный и эмоциональный опыт человека влияет на мозг, когда он обрабатывает звуки. Эта особенность получила название метода «ухо-мозговых» рассуждений. Таким образом, восприятие особенностей источника звука определяется не только услышанным звуком и уровнем звукового давления.
Первичная слуховая кора мозга является «настраиваемой». По опыту известно, что некоторые клетки становятся максимально чувствительными и реагирующими на важные звуки, такие как правильное количество смазки, которое нужно добавить к подшипнику для достижения достаточного уровня смазки. Это происходит естественным образом в звуковом диапазоне частот. Перенастройка мозга для выявления на слух свойств, которые играют важную роль в диагностике необходимого уровня смазки подшипников осуществляется автоматически, по методу «ухо-мозговых» рассуждений.
Человек не может слышать сигнал ультразвукового диапазона и каким-то образом на него отреагировать. Это делает трудным принятие решение о необходимости дополнительной смазки. Смысл рассуждений не в том, звуковые частоты или ультразвуковой частоты лучше для выявления необходимости смазки, а в том, будет ли человеческое участие обеспечивать более точное принятие решений с помощью одного метода или с помощью другого.
Кроме того, поскольку звук зависит от вибрации, он может проходить через все, кроме вакуума. Звук проходит через некоторые материалы быстрее, чем другие; скорость прохождения звука примерно в четыре раза быстрее в воде, чем в воздухе, и примерно в десять раз медленнее, чем в резине. Скорость звука практически постоянна на всех частотах, но звук будет двигаться быстрее во влажном воздухе, чем в сухом. Влажный воздух поглощает больше высокие частоты, чем низкие. Представьте себе, как подшипник расширяется под воздействием нагрузки и тепла, выделяемого при работе. Когда он охлаждается, он сжимается, что может привести к появлению конденсата. Когда подшипник работает снова и к нему подсоединен преобразователь, сигнал вибрации может колебаться в зависимости от влажности и состава воздуха. Если эта особенность не учитывается, отклонение данных может дать неточные результаты.
Акустика: звук, ультразвук или все вместе?
Звуковые колебания, по определению, различаются человеческим слухом, и, естественно, слышны. Другими словами, акустические сигналы изменяются в звуковом диапазоне частот. Другой термин для звукового диапазона частот - биоакустика. Определение терминов может помочь классифицировать различия между технологиями и их эффективность для промышленной смазки.
Поскольку за принятие решений о том, смазывать подшипник или нет, в конечном счете ответственны люди, важно понять, как методы измерения могут повлиять на эти решения.
Используемые звуки должны лежать в диапазоне частот, воспринимаемых человеческим слухом или их нужно оцифровывать таким образом, чтобы они становились слышимыми.
Человеческое ухо уникально тем, что оно может обрабатывать и, естественно, фильтровать различными способами аналоговый звуковой сигнал. Звук является не одним физическим элементом, а совокупностью множества тонов, гармоник, высот, фаз, интенсивностей, скоростей распространения и т.д. Отдельные клетки мозга оптимально реагируют оптимально на определенные высоты или частоты. Эти клетки применяют свои оригинальные настройки, когда человек узнает конкретные тон, который имеет важное значение. «Карты» частотных настроек хранятся в головном мозге. Информативные тона и контуры спектра звука, свидетельствующие о недостатке смазки, изменяются, когда смазка добавляется в подшипник. Оптимальный уровень смазки легко достигается с помощью метода «ухо-мозговых» рассуждений одним работником.
Интерпретация ультразвукового сигнала может быть затруднена, в зависимости от цели интерпретации. Обнаружение и интерпретация повреждения подшипников с использованием ультразвуковых приборов может быть легкой задачей, но определить, какое именно это повреждение, сложно. Если целью является просто найти испорченные подшипники, то эта цель может быть легко достигнута. Если цель заключается в определении в момент наблюдения, какой именно дефект имеет подшипник, то успех этой цели снижается.
Применяя описанные выше технологии для смазки подшипников, сотрудники, ответственные за смазку, должны иметь возможность точного доступа к подшипнику и составлять план действий в момент смазки. Наличие временной задержки между сбором данных, их интерпретацией и последующими действиями увеличивает вероятность ошибок. Время является одним из главных разрушающих факторов, действующих на подшипники и вращающееся оборудование.
В промышленности ежедневно происходит борьба с этими временными задержками. Инструменты, которые позволяют сократить временные задержки реагирования на отказ оборудования сохраняют промышленности миллиарды долларов за счет уменьшения количества вышедшего из строя оборудования и дорогостоящих простоев.
Акустическая или звуковой анализ является полезным инструментом в оценке необходимого объема и частоты смазки работающих подшипников.
При непрерывном использовании акустический анализ уменьшает количество трудовых и материальных ресурсов, используемых в смазывания. Это уменьшает количество вышедших из строя подшипников и степень их износа во всех видах вращающегося оборудования и дает сотрудникам возможность правильно смазывать подшипники, не увеличивая свою рабочую нагрузку. Это имеет решающее значение в осуществлении эффективного акустического мониторинга и в расписании смазки подшипников. Когда работа техников по смазке становится все труднее, занимает все больше времени, или становится более стрессовой, нежелание работать можно изменить следующим образом. Опыт учит нас, что облегчение работы человека, превращение ее в более интересную или продуктивную является единственно приемлемым методом для стимулирования изменений рабочих привычек на добровольной основе.
Джефф Грибл, операционный директор, UVLM Inc