W przemyśle coraz powszechniej stosowane są metody diagnostyczne, które jeszcze niedawno były nieosiągalne dla działów utrzymania ruchu.
Dzisiaj dzięki coraz bardziej powszechnym i zaawansowanym technologiom sieciowym (Internet Rzeczy) rozwój przemysłowych systemów diagnostycznych odbywa się nie tylko w sferze sprzętowej, ale także informatycznej. Możliwość przechowywania w tzw. chmurze olbrzymiej ilości danych oraz łatwość poddawania ich analizie tworzą nowy jakościowo etap w rozwoju diagnostyki przemysłowej. Jednocześnie kluczową rolę w tych metodach diagnostycznych odgrywa odpowiednie oprogramowanie, pozwalające na interpretowanie danych.
Metody diagnostyki drganiowej
Mówiąc o diagnostyce drganiowej, trzeba wspomnieć o Metodzie Impulsów Uderzeniowych – tzw. SPM (Shock Pulse Method). Wraz z okresem użytkowania łożysk mogą pojawić się uderzenia pomiędzy obciążonym elementem tocznym a bieżnią. Specjalnie wyskalowany przetwornik w sondzie przyrządu pomiarowego ma na celu wykrywanie impulsów uderzeniowych wokół częstotliwości 32 kHz. Wielkość generowanych impulsów przetwarzanych na sygnał elektryczny jest proporcjonalna do energii uderzenia.
Popularną metodą, która ma na celu diagnozowanie stanu łożysk, jest wykonywanie okresowych lub ciągłych pomiarów szerokopasmowych poziomów drgań. Podczas pomiarów analizuje się zmiany poziomu drgań w szerokich pasmach częstotliwości: od 0,5, 2 lub 10 Hz do 10 kHz. Pozyskane poziomy drgań węzłów łożyskowych porównywane są z wartościami granicznymi. Pomiary tego typu powinny być wykonywane na obudowach łożysk, na tarczach łożyskowych lub na korpusie maszyny w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach: w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału w kierunku poziomym i pionowym oraz wzdłuż osi wału na wysokości osi, możliwie jak najbliżej wału. Zwykle są to wartości RMS parametrów, takich jak prędkość drgań [mm/s], przyspieszenie [m/s2] lub przemieszczenie [µm].
Badanie drgań często bazuje na pomiarze współczynnika szczytu. Jest to stosunek wartości szczytowej sygnału drganiowego do jego wartości skutecznej w danym przedziale częstotliwości drgań.
Niejednokrotnie metoda ta wykorzystuje pomiary przyspieszenia drgań, w których ważną rolę odgrywa zmiana współczynnika szczytu podczas eksploatacji maszyny. Jeżeli współczynnik szczytu wzrasta, pogarsza się stan łożyska tocznego. Jednak w ostatniej fazie uszkodzenia wartość współczynnika szczytu może zmaleć.
W celu uzyskania szczegółowej informacji o przyczynach i stopniu zaawansowania uszkodzeń maszyny przeprowadza się analizę częstotliwościową drgań, nazywaną także widmową lub FFT (tzw. Szybka Transformata Fouriera). Podstawą tej metody jest rozkład całkowitego sygnału drganiowego na składowe sinusoidalne o różnych częstotliwościach. Analizując układ częstotliwości tzw. harmonicznych charakterystycznych dla określonych uszkodzeń, wartości amplitudy lub zmiany w czasie, uzyskuje się informacje o tych częściach maszyny, które ulegają usterkom.
Kolejna metoda to tzw. analiza obwiedni sygnału. W tym przypadku sygnał drganiowy, który wychodzi z czujnika, jest wstępnie filtrowany, po czym wyznacza się widmo częstotliwościowe powstałej obwiedni sygnału. Może ono zawierać składowe o częstotliwości odpowiadającej defektom elementów łożyska.
Termowizja w mechanice
Nowoczesna diagnostyka, w tym diagnostyka elementów mechanicznych, korzysta z osiągnięć współczesnej termowizji. W pierwszej kolejności warto zwrócić uwagę na możliwość wykrywania usterek w pracy reduktora i sprzęgieł, gdzie miejsca o podwyższonej temperaturze wskazują na ewentualne uszkodzenia łożysk lub niedostateczne smarowanie oraz uszkodzenie elementów sprzęgła wraz z brakiem osiowości współpracujących wałów. W przypadku przekładni pasowych termowizja pozwala na analizę rozkładów ciepła wydzielanego przez napęd w efekcie tarcia naprężonego pasa. Tym sposobem wykrywane jest niewystarczające naturalne chłodzenie przekładni.
Termowizja sprawdza się również podczas diagnostyki przekładni zębatych. Wykrywane są miejsca krytyczne, np. skrzyń biegów. Obraz w podczerwieni zębów zębnika pozwala na diagnozowanie miejsc o podwyższonym nacisku lub zwiększonym poślizgu. Ważne jest bowiem wyeliminowane przyspieszonego zużycia zębów powstałego w wyniku nadmiernych naprężeń kontaktowych. Oprócz tego zapobiega się ścieraniu powierzchni elementów współpracujących ze sobą.
Termowizja jest kluczowym narzędziem diagnostycznym podczas wykrywania usterek w pracy węzłów łożyskowych. Zaletą diagnozy tego typu jest nie tylko szybka, ale, co najważniejsze, bezinwazyjna możliwość wykonania diagnostyki. Odpowiedni rozkład temperatur powinien być obecny np. w łożysku ślizgowym. Podczas prawidłowej pracy węzła zapewniona jest właściwa warstwa smaru i nominalne obciążenie. Ciepło, które jest wytwarzane w czasie ruchu, powinien w takiej sytuacji odbierać korpus maszyny. W przypadku wystąpienia nierównomiernego rozkładu temperatury warto sprawdzić węzeł pod kątem podwyższonego tarcia. Dzięki kamerom termowizyjnym można wykryć niedrożne kanały smarownicze, a także przekroczone obciążenie i zużyte panewki.
Specjalistyczne oprogramowanie komputerowe
Warto wspomnieć o oprogramowaniu przeznaczonym do analizowania drgań. Aplikacje tego typu pozwalają na analizę drgań, zarządzanie pomiarami, a także przechowywanie danych oraz tworzenie raportów. W niektórych rozwiązaniach przewiduje się procedury przeznaczone do prowadzenia testów strukturalnych i akustycznych, a także testów środowiskowych, kontroli oraz testów maszyn wirujących. Przydatną funkcją jest możliwość wkomponowania zebranych danych w proces symulacji. Oprogramowanie tworzy bazy danych maszyn, projektuje trasy pomiarowe oraz porządkuje zebrane wyniki. Z pewnością przyda się również przeglądanie wyników w formie graficznej oraz sygnalizowanie ostrzeżeń i alarmów.
Warto zwrócić szczególną uwagę na specjalistyczne oprogramowanie, pozwalające na analizowanie wyników danych pozyskanych dzięki kamerom termowizyjnym.
Oprogramowanie współpracujące z kamerami ułatwia prace przy diagnostyce prowadzonej w trybie ciągłym. Są więc wyznaczane trendy na podstawie analizy informacji o temperaturze analizowanego obiektu. Odpowiednio wcześnie mogą być zatem podjęte właściwe działania zapobiegawcze.
Do obrazu dodawane są współrzędne GPS. W sposób automatyczny jest także generowany link do Google Maps.
Mówiąc o graficznej analizie danych, warto podkreślić możliwości uzyskane dzięki funkcji „obraz w obrazie” (PiP). Po wgraniu zdjęcia w świetle widzialnym obrazy można nie tylko nakładać na siebie, ale również przesuwać, skalować oraz zmieniać ich wymiary. Przyda się również zoom cyfrowy, zmiana palety barwnej oraz odtwarzanie komentarzy głosowych, które są nagrane w terenie.
Autor: Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej.
Fot.: 1. Testo, 2. Timken Polska
