بهمن احمدی

پایش وضعیت نقشی حیاتی در تضمین کارایی، ایمنی و قابلیت اطمینان ماشین‌های دوار دارد و با شناسایی عیوب احتمالی قبل از وقوع خرابی‌، از توقف‌ ناگهانی آنها جلوگیری می‌کند. این فرایند شامل جمع‌آوری، تحلیل و تفسیر داده‌های عملیاتی ماشین‌آلات برای شناسایی تغییرات غیر عادی در عملکرد است که ممکن است نشان‌دهنده وجود یک نقص یا خرابی قریب‌الوقوع باشد. از میان روش‌های مختلف پایش وضعیت، تحلیل و بررسی سیگنال‌های ارتعاشی به دلیل حساسیت بالای آنها به عیوب مکانیکی و توانایی ارائه بینش‌های لحظه‌ای از سلامت ماشین، یکی از موثرترین روش‌ها محسوب می‌گردد. از مهم‌ترین اجزای ماشین‌های دوار که از منابع رایج خرابی ماشین‌‌ها نیز‌ می‌باشند و اغلب قبل از سایر اجزاء، علائم خرابی را از خود نشان‌ می‌دهند، بیرینگ‌ها هستند. بیرینگ‌های معیوب معمولاً الگوهای ارتعاشی مشخصی تولید می‌کنند که همین ویژگی، پردازش سیگنال‌های ارتعاشی را به ابزاری حیاتی برای تشخیص به‌موقع عیب و نگهداری مناسب ماشین تبدیل‌ می‌نماید. سیگنال‌های ارتعاشی حاصل از بیرینگ‌های معیوب حاوی اطلاعات ارزشمندی درباره وضعیت سلامت داخلی ماشین هستند. این سیگنال‌ها به دلیل ارتباط و تماس اجزای معیوب با سایر اجزاء، الگوهای ارتعاشی متفاوتی را نسبت به حالت سالم تولید می‌کنند که منجر به تشخیص زودهنگام عیب قبل از خرابی ماشین‌ می‌گردد. با این وجود، سیگنال‌های ارتعاشی در دنیای واقعی اغلب به دلیل وجود نویزهای مختلف ناشی از شرایط عملیاتی مانند نویزهای محیطی یا نویزهای تداخلی دچار آلودگی می‌شوند. این نویزها می‌توانند اطلاعات مرتبط با عیب را پنهان کرده و به تشخیص نادرست عیوب منجر شوند. بنابراین، استفاده از تکنیک‌های کاهش نویز موثر برای افزایش وضوح و قابلیت اطمینان تحلیل سیگنال‌های ارتعاشی ضروری‌ می‌باشد. در این زمینه، تبدیل موجک به عنوان یک ابزار قدرتمند برای حذف نویز مطرح شده است. این روش قادر است سیگنال را به باندهای فرکانسی مختلف تجزیه کند و هم‌زمان اطلاعات زمانی و فرکانسی را حفظ نماید. بر خلاف روش‌های مرسوم مانند تبدیل فوریه که تنها اطلاعات فرکانسی را ارائه می‌دهند، تبدیل موجک امکان تحلیل سیگنال‌های غیر ایستا و گذرا را فراهم می‌کند. این ویژگی، تبدیل موجک را به ابزاری بسیار مناسب برای تحلیل سیگنال‌های تولید شده توسط بیرینگ‌های معیوب تبدیل می‌نماید. روش‌های آستانه‌گذاری مختلف در فرایند حذف نویز با استفاده از تبدیل موجک به کار گرفته می‌شوند تا اجزای نویزی سیگنال شناسایی و حذف شوند. در این پژوهش، از تبدیل موجک برای حذف نویز سیگنال‌های ارتعاشی مربوط به بیرینگ‌های معیوب استفاده شده است. با هدف بهبود دقت تشخیص عیوب و تضمین پایش وضعیت دقیق‌تر، توابع موجک و روش‌های آستانه‌گذاری مختلف به کار گرفته شده‌اند تا اثربخشی آن‌ها در کاهش نویز ارزیابی شود. عملکرد تکنیک‌های حذف نویز با استفاده از معیارهای ارزیابی که نیازی به سیگنال تمیز (سیگنال بدون نویز) ندارند مانند کشیدگی ، ضریب همبستگی متقابل و نسبت سیگنال به نویز (SNR) سنجیده شده است. علاوه بر این، روش وزن‌دهی مبتنی بر آنتروپی شانون برای تعیین میزان موثر معیارهای ارزیابی به کار گرفته شده است که امکان ارزیابی جامع و عینی عملکرد روش‌های حذف نویز در پیکربندی‌های مختلف را فراهم می‌کند. این رویکرد وزنی تضمین می‌کند که معتبرترین شاخص‌های کیفیت سیگنال، تاکید مناسب را در فرایند تحلیل دریافت کنند. نتایج این پژوهش، بینش‌های ارزشمندی را درباره بهترین رویکردهای حذف نویز مبتنی بر تبدیل موجک برای تحلیل سیگنال ارتعاشی در پایش وضعیت ارائه می‌دهد. با افزایش وضوح سیگنال‌های مربوط به بیرینگ‌های معیوب، این تکنیک‌ها امکان تشخیص دقیق‌تر عیوب را فراهم کرده، خطر خرابی‌های ناگهانی ماشین‌آلات را به حداقل می‌رسانند و به توسعه استراتژی‌های نگهداری پیش‌بینانه قابل اطمینان و کارآمد برای ماشین‌های دوار کمک می‌کنند. یافته‌های این تحقیق همچنین اهمیت انتخاب مناسب توابع موجک و روش‌های آستانه‌گذاری را نشان داده و نقش وزن‌دهی مبتنی بر آنتروپی را در بهبود فرایند ارزیابی برجسته می‌کند. در نهایت، این پژوهش بر پتانسیل تکنیک‌های پیشرفته پردازش سیگنال در تحول روش‌های پایش وضعیت و تضمین سلامت و عملکرد بلندمدت سیستم‌های صنعتی تاکید دارد.

ماشین های دوار نشان دهنده یک کلاس همه کاره از تجهیزات مکانیکی هستند، که در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی استفاده شده اند، استحکام بالا و هزینه کم، آن ها را به یک عضو حیاتی در صنعت تبدیل کرده است. یاتاقان ها از اجزای ضروری ماشین آلات دوار هستند.که وظایف مهمی در کاربردهای مختلف دارند، از آن جای که این ماشین ها برای انجام عملیات روزانه مورد استفاده قرار می گیرند. محیط سخت کاری و کارکرد طولانی مدت، آن ها را در برابر خرابی ها آسیب پذیر می کند، و با توجه به اهمیت کار یاتاقان ها، شناسایی و رفع عیب آن ها بسیار مهم است. تا کنون روش های مختلفی جهت تشخیص عیوب به کار رفته اند،که هسته آن ها روش انالیز ارتعاشات است. استفاده از یک روش توانمند می تواند بر کیفیت اطلاعات استخراج شده تاثیر گذار باشد. استخراج دقیق اطلاعات از عیب های کوچک،کلید شناسایی تشخیص عیب یاتاقان ها است. در این پایان نامه از تکنیک "تبدیل موجک تجربی" که یک روش جدید جهت تشخیص عیوب یاتاقان در سرعت های دورانی مختلف استفاده شده، که با استفاده از نرم افزار MATLAB سیگنال را به چندین ترکیب تجزیه شده و مود های تجربی بدست می آیند. همچنین جهت مناسب ترین مولفه، پارامتر کشیدگی برروی مودها اعمال می کنیم. در ادامه جهت تشخیص عیب با اعمال تبدیل هیلبرت بر روی مولفه ای که بیشترین مقدار کشیدگی را دارد طیف پوش هیلبرت بدست می آید، و فرکانس های عیب را آشکار می سازد. همچنین به منظور ارزیابی روش پیشنهادی، تکنیک استفاده شده را ابتدا برروی سیگنال شبیه سازی شده عیب و سپس به منظورعیب یابی اجزای یاتاقان بر روی سیگنال های واقعی اعمال می کنیم. در ادامه بحث از روش تجزیه مد تجربی که یکی از قوی ترین روش های تجزیه و تحلیل سیگنال های ارتعاشی است، به منظور مقایسه با روش پیشنهادی در شناسایی عیوب و تحلیل سیگنال های ارتعاشی استفاده شده است. نتایج بدست آمده مربوط به رینگ خارجی، داخلی، المان غلتشی و یاتاقان سالم نشان می دهند، روش پیشنهادی در شناسایی تشخیص عیوب یاتاقان نسبت به تجزیه مد تجربی برتری دارد.