Monitoraggio mediante analisi delle vibrazioni

Parte 5 – Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
Sommario
La manutenzione
Tecniche di monitoraggio
Monitoraggio mediante analisi delle vibrazioni
Tecniche di analisi del segnale
Sorgenti di vibrazione
Concetti base
Meccanica delle Vibrazioni
Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
Meccanica delle Vibrazioni – II modulo
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Parte 5 – Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
La Manutenzione
... l’insieme delle azioni che permettono di mantenere o ristabilire
un bene in uno stato specificato o in modo da assicurarne un
servizio determinato...
Manutenzione a rottura
Manutenzione preventiva a programma
Manutenzione predittiva (o su condizione)
Manutenzione predittiva (o su condizione)
valutazione periodica dello stato di salute
della macchina (monitoraggio)
individuazione del tipo di
danneggiamento (diagnostica)
Meccanica delle Vibrazioni
Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
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Tecniche di Monitoraggio
Meccanica delle Vibrazioni
misura delle vibrazioni
rilevazione della temperatura
analisi dei lubrificanti
emissione acustica
termografia
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Meccanica delle Vibrazioni – II modulo
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Parte 5 – Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
Monitoraggio mediante
analisi delle vibrazioni
Dominio delle ampiezze e del tempo:
densità di probabilità
valore medio
valore RMS
valore assoluto medio
valore di picco
fattore di cresta e di forma
Skewness
Kurtosis
media asincrona e sincrona
autocorrelazione e correlazione
incrociata
inviluppo
Meccanica delle Vibrazioni
Dominio di frequenza:
autospettri
spettri incrociati
risposta in
frequenza (FRF)
Dominio di “quefrenza”:
cepstrum
Dominio tempofrequenza:
Short-Time Fourier
Transform (STFT)
Wavelet Transform
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Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
Monitoraggio mediante
analisi delle vibrazioni
Fattore di cresta
Valore assoluto medio
1
T →∞ T
xm = lim
Valore di picco
T
∫
0
xp
rms
Fattore di forma
x p = max( x (t ) )
xp =
xc =
x (t ) dt
xf =
1
[max( x (t )) − min( x (t ))]
2
rms
xm
6
Inviluppo
4
2
0
-2
-4
-6
Meccanica delle Vibrazioni
0
50
100
150
200
Wheel rotation [deg]
250
300
350
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Meccanica delle Vibrazioni – II modulo
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Parte 5 – Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
Media asincrona e sincrona
Spesso il segnale è la somma di un
contributo periodico ed uno casuale.
Spesso il contributo periodico è
quello che interessa, mentre quello
casuale è comunemente un rumore
o un disturbo.
Il contributo casuale può essere
eliminato operando delle medie:
Si rileva il segnale per intervalli
di tempo T* tutti uguali tra loro
Si sommano fra loro gli N rilievi
effettuati
Si divide per il numero N di
rilievi
Se il rumore è un segnale
stocastico puro, la media tende a
zero (per N sufficientemente
elevato)
Meccanica delle Vibrazioni
Se l’operazione viene effettuata su
un segnale periodico e T* è
diverso dal periodo fondamentale
del segnale, la media tende a zero.
Se, invece, T* coincide con il
periodo fondamentale del segnale
periodico, il risultato della media è il
segnale stesso.
Se il segnale è costituito dalla
somma di un contributo periodico ed
uno casuale, si procede
acquisendolo per intervalli di tempo
pari al periodo (o a multipli del
periodo) della componente periodica
che interessa. Poi si esegue la
media e rimane così solo il segnale
periodico “pulito”.
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Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
Media asincrona e sincrona
Si parla di operazione di media
sincrona.
Occorre naturalmente conoscere il
periodo del segnale periodico.
Di solito il periodo viene misurato.
Esempio
Due alberi, posti nella stessa
macchina, ruotano a n1 e n2
rpm
Le frequenze di rotazione sono
dunque f1 = n1/60 e f2 = n2/60
Hz
Collochiamo un trasduttore di
vibrazione sulla macchina
Per effettuare medie sincrone
occorre misurare il periodo di
rotazione degli alberi (o,
parimenti, le velocità angolari).
Meccanica delle Vibrazioni
Si può impiegare una cellula
fotoelettrica o un trasduttore di
prossimità che rilevano
rispettivamente un segno colorato o
una tacca posta su uno dei due
alberi (ad esempio l’albero 1)
Nella media del segnale resta solo la
parte relativa all’albero 1
Si osservi che non si elimina solo il
rumore, ma anche tutte le periodicità
diverse da quella assunta come
riferimento.
Il segnale ottenuto con la media sincrona
si può esprimere come:
x 0 (t ) =
∑ X mcos(2π m f1,2 t + Φ m )
M
m =0
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Parte 5 – Analisi delle Vibrazioni per il Monitoraggio e la Diagnostica
Y (f ) = H 11X 1 + H 12 X 2 + H 13 X 3 + H 14 X 4 + H 15 X 5 + H 16 X 6
Sorgenti di
vibrazione
Meccanica delle Vibrazioni
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Concetti base
Quali sono le caratteristiche principali del
segnale vibratorio?
Modello del segnale
La presenza di un danno modifica il
segnale vibratorio:
COME
Meccanica delle Vibrazioni
?
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