Metody diagnozowania pras mechanicznych

Diagnostyka drganiowa

Z uwagi na obecność dużej liczby łożysk, jak i przekładni zębatej oraz innych układów mechanicznych, często stosowaną metodą diagnostyczną jest pomiar i analiza sygnałów drgań emitowanych przez prasy. Pomiary i analiza drgań pozwalają na wykrywanie większości niesprawności, które mogą zaistnieć we wszystkich komponentach mechanicznych prasy, a mianowicie:

• niewyrównoważenie wirnika,
• niewspółosiowość linii wałów,
• pęknięcie i zgięcie wału,
• luzy w łożyskach i mocowaniach,
• uszkodzenia elementów łożysk tocznych i ślizgowych,
• niestabilności działania łożysk ślizgowych i inne.

Monitorowanie jak również wykrywanie potencjonalnych niesprawności podzespołów pras może być prowadzone w oparciu o zalecenia serii norm ISO 10816 i ISO 20816, które definiują nie tylko zalecenia ogólne, co do sprzętu i warunków pomiarowych zawarte m.in. w pierwszej części ISO 20816 [3], ale również szczegółowo określają miejsca pomiaru drgań oraz warunki eksploatacyjne, w jakich należy prowadzić pomiary, a także określają graniczne poziomy amplitud skutecznych drgań, pozwalające wykrywać potencjalne problemy. W przypadku silników napędu głównego a także układów pomocniczych można posiłkować się trzecią częścią normy ISO 20816 [4], w przypadku pomiarów drgań przekładni zębatych można posiłkować się zaleceniami 9 części ISO 20816 [5].

Ocena stanu pomp

Z kolei do oceny stanu pomp możemy posłużyć się 7 częścią normy ISO 10816 [6]. Podczas pomiarów i oceny drgań pras należy zwrócić uwagę na konieczność synchronizowania pomiarów z cyklem pracy suwaka tak, aby pomijać moment, w którym następuje obróbka plastyczna – w tym momencie następują duże drgania udarowe, które mogą powodować przesterowania torów pomiarowych. Najlepiej realizować pomiar podczas pierwszej części cyklu roboczego.

Diagnostyka temperaturowa

Nieodzownym pomiarem w przypadku diagnostyki silników czy łożysk jest pomiar temperatury. Jedną z częstych przyczyn awarii silników jest podwyższona temperatura silnika, która destrukcyjnie wpływa na stan i trwałość izolacji uzwojeń, a także degradację własności środków smarnych stosowanych w łożyskach. Doraźne pomiary temperatury, jak i jej ciągłe monitorowanie pozwalają wykrywać uszkodzenia na tyle wcześnie, że możliwe jest zaplanowanie bezpiecznego wyłączenia maszyny dla potrzeb czynności konserwacyjnych lub naprawczych. W bieżącej diagnostyce pras poza kontaktowym pomiarem temperatury powszechnie stosuje się również kamery termograficzne. Zapewniają one w trakcie eksploatacji stosunkowo szybką detekcję anomalii temperaturowych.

Wykorzystując termografię w podczerwieni do diagnozowania podukładów funkcjonalnych pras mechanicznych, warto pamiętać o istnieniu kilku istotnych norm przydatnych w przeprowadzaniu inspekcji i ocenie jej wyników. Jedną z nich jest norma ISO 18434-1:2008 [7], określająca ogólne zasady diagnostycznych inspekcji termograficznych urządzeń mechanicznych, a inną − amerykańska norma ASTM E1934 99a (2014) [8], w której można znaleźć szczegółowe porady jak również zalecenia związane z procedurą prowadzenia termograficznych inspekcji urządzeń elektrycznych i mechanicznych.

Diagnostyka prasy bazująca na badaniach oleju

W przypadku przekładni zębatych czy układów hydraulicznych stosowanych w prasach do diagnostyki można stosować badania olejowe. Mogą one być cennym źródłem informacji o stanie podzespołów. W oleju w trakcie działania i współpracy podzespołów gromadzą się zanieczyszczenia i produkty zużycia. Ich rozmiar, kształt i koncentracja mogą świadczyć o postępującej degradacji któregoś z elementów (np. łożyska lub koła zębatego). Olej zawiera wiele informacji diagnostycznych, które można wydobyć, prowadząc jego badania.

Metody badań olejowych można podzielić na trzy podstawowe grupy:

• badania polegające na poszukiwaniu i ocenie produktów zużycia,
• badania własności fizykochemicznych oleju,
• ocena stopnia zanieczyszczenia oleju.

Badanie produktów zużycia

Do badania produktów zużycia wykorzystuje się metody polegające na zliczaniu cząstek metalicznych i niemetalicznych, ferrografię, a także metody spektroskopowe pozwalające ocenić koncentrację w oleju takich pierwiastków jak Fe, Cu, Pb, Cr, Ni, Mn, Mo i Si. Na podstawie koncentracji, wielkości i kształtu cząstek metalicznych i niemetalicznych możliwa jest detekcja, lokalizacja i identyfikacja pierwotnych przyczyn powstania uszkodzenia. Przykładowo w prawidłowo działających przekładniach zębatych zachodzą głównie zjawiska tarciowe, które generują cząstki metaliczne o rozmiarach do około 10 µm. W chwili gdy przekładnia działa nieprawidłowo, mogą pojawiać się liczne cząstki metaliczne o rozmiarach przekraczających 100 µm.

Ocena parametrów oleju

Metody oceny stanu oleju i jego zanieczyszczenia polegają na ocenie kilku podstawowych parametrów oleju, jak:

• całkowita liczba kwasowa (TAN),
• lepkość,
• stopień utlenienia poprzez np. pomiar zawartości i ocena stopnia zużycia inhibitorów utleniania fenolowych i aminowych (RULER),
• pomiar zawartości wody (test Karla Fischera),
• ocena przyrostu zanieczyszczeń stałych na membranie filtracyjnej MPC (Membrane Patch Colorimetry) i inne.

Przy ocenie własności i czystości oleju duże znaczenie mają badania spektroskopowe. Wykorzystuje się np. spektroskopia fluorescencyjna, spektroskopia fotoakustyczna czy fourierowska spektroskopia w podczerwieni. Czystość oleju pod kątem zawartości cząstek stałych można oceniać, stosując m.in. normę ISO 4406 [8], klasyfikującą obecność cząstek o trzech rozmiarach >4 µm, >6 µm, >14 µm. Stopień zanieczyszczeń można ograniczyć, stosując filtrację w trybie on– i off-line.

Badania olejowe można prowadzić w trybie off-line, on-line jak również in-line. Badania off-line polegają na pobraniu próbki oleju i jej ocenie in situ lub też w laboratorium z zastosowaniem dedykowanej aparatury. Z kolei badania on-line polegają na cyklicznym a także zautomatyzowanym pobieraniu próbki oleju z układu smarowania i ocenie za pomocą odpowiednich czujników. W przypadku monitorowania in-line cały strumień oleju poddawany jest ciągłej ocenie. To pozwala w sposób natychmiastowy zidentyfikować zmiany stanu technicznego przekładni. Do ciągłego monitorowania oleju stosowanie są czujniki jakości oleju, czujniki produktów zużycia, czujniki wody a także czujniki lepkości itp. Bez względu na stosowaną metodę badania oleju i wyznaczany parametr ważne jest, aby śledzić trend. Trzeba reagować w chwili, gdy wartość monitorowanego parametru gwałtownie rośnie lub spada.

Galeria