Πρόγνωση και διάγνωση βλαβών σε ηλεκτρομηχανικά συστήματα με συνδυασμένη επεξεργασία του σήματος στα πεδία του χρόνου και συχνότητας

Abstract

Τα συστήματα οδοντωτών τροχών αποτελούν το σημαντικότερο στοιχείο στους μηχανισμούς μετάδοσης κίνησης. Τα τελευταία χρόνια έχει εντατικοποιηθεί η προσπάθεια έγκαιρης διάγνωσης βλαβών με απώτερο στόχο την αποφυγή γενικότερης βλάβης. Στο ίδιο πνεύμα εφαρμόζεται η συνεχής, ή κατά διαστήματα παρακολούθηση της λειτουργίας των παραπάνω στοιχείων σε βιομηχανικό περιβάλλον. Η ερευνητική προσπάθεια διευκολύνεται ιδιαίτερα από τη ραγδαία ανάπτυξη του επιστημονικού κλάδου που είναι γνωστός ως επεξεργασία σήματος. Επίσης η τεχνολογία έχει επιτρέψει τη συμπύκνωση υπολογιστικής ισχύος και μνήμης σε μετρητικά συστήματα που βασίζονται σε φορητούς υπολογιστές. Σε αυτό το πλαίσιο, επιδιώχθηκε η ανάπτυξη ενός φορητού συστήματος μέτρησης και επεξεργασίας των σημάτων που θα μπορεί με μικρές τροποποιήσεις να αποτελέσει κατάλληλο διαγνωστικό εργαλείο σε μηχανές εγκατεστημένες σε βιομηχανικό περιβάλλον. Το διαγνωστικό σήμα που χρησιμοποιήθηκε σε όλες τις περιπτώσεις ήταν η επιτάχυνση, καθώς μπορεί να μετρηθεί σχετικά εύκολα και αξιόπιστα. Η καταγραφή των διαγνωστικών σημάτων έγινε σύμφωνα με τη σύγχρονη τεχνική, δηλαδή μετατροπή του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό και αποθήκευση στο σκληρό δίσκο ενός φορητού υπολογιστή. Η επεξεργασία των σημάτων βασίστηκε σε ένα σύγχρονο μαθηματικό εργαλείο το συνεχή μετασχηματισμό κυματιδίου (continuous wavelet transform). Αρχικά αναπτύχθηκε για το σύστημα οδοντωτών τροχών ένα θεωρητικό μοντέλο με στόχο την ποιοτική διερεύνηση της συμπεριφοράς του. Στη συνέχεια στο μοντέλο εισήχθη σφάλμα ρωγμής με ελάττωση της στιβαρότητας τοπικά. Η συμφωνία μεταξύ θεωρητικών αποτελεσμάτων και πειραματικών δεδομένων είναι γενικά πολύ καλή. Το πρόβλημα της διάγνωσης βλαβών εξετάστηκε με τη βοήθεια κατάλληλης πειραματικής διάταξης με ένα ζεύγος οδοντωτών τροχών και ποικιλία λειτουργικών συνθηκών. Ο συνεχής μετασχηματισμός κυματιδίου διαπιστώθηκε ότι αποτελεί κατάλληλο εργαλείο για την έγκαιρη διάγνωση της βλάβης, ακόμα και σε σήματα ιδιαίτερα θορυβώδη. Η μελέτη των τοπικών μεγίστων των συντελεστών του μετασχηματισμού μπορεί να οδηγήσει στην ταξινόμηση των σφαλμάτων. Τέλος η παρακολούθηση της εξέλιξης του σφάλματος μπορεί να γίνει με τον υπολογισμό της πυκνότητας ενέργειας.