Casestudy:diagnose van een probleem met een lage snelheidsversnellingsbak

Een paar maanden geleden werd ik ingeschakeld om te helpen bij de diagnose van een vermoedelijk probleem met de versnellingsbak in een grote fabriek die verband houdt met de papierindustrie. De versnellingsbak in kwestie had een ingaande as met een rondsel met 23 tanden dat een groot tandwiel met 132 tanden aandrijft dat op zijn beurt een ander tandwiel van dezelfde grootte aandrijft. De twee tandwielen zijn verbonden met grote stalen rollen met een diameter van ongeveer 24 inch. De twee uitgaande tandwielen draaien met 52 tpm en het rondsel draait met 302 tpm (zie afbeelding 1).

Figuur 1.

De smeerolie in de versnellingsbak werd regelmatig geanalyseerd en in het laatste rapport stond dat er ijzerdeeltjes in de olie zaten. De onderhoudssupervisor vroeg of we de bron van de olieverontreiniging konden achterhalen en het eerste wat we deden was de trillingsspectra onderzoeken die bij de lagers werden gemeten.

De spectra zagen er normaal uit, zonder tekenen van lagertonen, dus we vermoedden dat het metaal uit een of meer van de tandwielen kwam (zie figuur 2). Het probleem werd toen om de defecte versnelling (indien aanwezig) te identificeren, zodat de onderhoudsinspanningen zonder vertraging konden doorgaan.

Figuur 2.

Synchrone middeling van tijddomeinsignalen bestaat al heel lang, maar is naar mijn mening lang niet genoeg gebruikt voor de diagnose van machineproblemen. In ieder geval hebben we besloten om synchrone middeling uit te voeren van de trillingssignatuur van de versnellingsbak.

Dit omvat het gebruik van een van een toerenteller afgeleide synchronisatietrigger in de trillingsanalysator om reeksen golfvormmonsters te verzamelen die samen worden gemiddeld. Het belangrijkste hiervan is dat het begin van elk tijdrecord op exact hetzelfde moment moet plaatsvinden in de rotatie van het betreffende tandwiel.

Hierdoor kan het volledige trillingssignaal dat van de versnelling komt, worden benadrukt in het tijdsdomeingemiddelde, en alle trillingscomponenten van de andere versnellingen, astoerentallen en lagertonen, enz., worden uitgemiddeld. Dit produceert een tijdsgolfvorm die de individuele tanden op het tandwiel laat zien, met zeer weinig vervuiling door andere componenten van de machine.

Bij synchrone middeling worden de analyseparameters van de analysator aangepast zodat de tijdrecordlengte iets meer tijd beslaat dan één omwenteling op het tandwiel. Dit wordt gemakkelijk bereikt aangezien de tijdrecordlengte (T) het omgekeerde is van de FFT-lijnafstand (DF) in het spectrum. Het is gewoon een kwestie van een frequentiebereik en aantal lijnen kiezen, zodat 1/DF langer is dan 1 gedeeld door de versnellingssnelheid in hertz (Hz).

Natuurlijk is het mogelijk om naar het spectrum te kijken dat is genomen van een gesynchroniseerde golfvorm, maar we hebben niet de moeite genomen om dit te doen omdat de golfvorm de benodigde informatie opleverde.

Bij gebruik van synchrone middeling moet het aantal gebruikte gemiddelden vrij groot zijn; meestal in de buurt van 100 of zo. Voor de hier beschreven tests hebben we 90 gemiddelden gebruikt. (Zie afbeelding 3 voor de installatiedetails.)

Figuur 3.

In veel gevallen van synchrone middeling is het tijdrecord veel interessanter dan het spectrum, aangezien het spectrum geen tijdinformatie bevat en het tijdsdomein eventuele onregelmatigheden in het ingrijpen van de versnellingen vertoont. In dit geval waren alle spectra onopvallend, ze toonden gewoon de frequentie van het tandwiel en enkele harmonischen.

Toen we synchrone middeling deden op elk van de twee bull-versnellingen, was er geen indicatie van enig defect in de golfvorm. Maar toen we dezelfde test op het rondsel uitvoerden, vertelde de golfvorm een ​​ander verhaal. Er was een duidelijk gebied op het tandwiel waar het ingrijpen met het stiertandwiel erg luidruchtig en niet-uniform was (zie figuur 4).

Figuur 4.

Bij het bekijken van deze gegevens hebben we een inspectie van de versnelling gevraagd, maar de onderhoudschef was sceptisch en zei dat versnellingsbakken met meer trillingen die deze 20 jaar zonder problemen hadden gedraaid. Maar we stonden erop en uiteindelijk werd een toegangsplaat verwijderd zodat we naar de tandwielen konden kijken.

We ontdekten dat de spiebaan in de rondselas erg versleten was, zodat het tandwiel heen en weer kon worden gedraaid op de as met ongeveer een halve tand aan de rand van het tandwiel. Er was ook zichtbare speling tussen de as en de boring van het rondsel. De bull-tandwielen vertoonden geen tekenen van schade.

We hebben een van de monteurs van de versnellingsbakfabriek gebeld en de situatie beschreven. Hij zei dat het probleem zich voordeed tijdens de installatie toen de perspassing tussen het rondsel en de as te los was. Hij zei dat de as en het rondsel zouden moeten worden vervangen, en wel zeer binnenkort, om een ​​catastrofale storing te voorkomen.

Dit maakte gelovigen uit de onderhoudsmensen die oorspronkelijk dachten dat de versnellingsbak niet gereviseerd hoefde te worden. Vanaf die tijd geniet het trillingsbewakingsprogramma in deze fabriek een veel grotere populariteit en respect.

Zoals eerder vermeld, is synchrone middeling geen nieuwe techniek, maar het lijkt zelden te worden gebruikt in de industrie. Het is niet moeilijk om te doen en kan resulteren in informatie over een machine die bijna onmogelijk op een andere manier te verkrijgen is. Bovendien zijn er veel analysers op de markt die dit doen, van kleine batterijgevoede apparaten tot grotere systemen op netvoeding.

De volgende foto's van het rondsel illustreren de schade:

Figuur 5. Deze foto toont het afspatten in de rondselboring veroorzaakt door het heen en weer draaien van het tandwiel op de as.

Figuur 6. Deze foto toont de schurende slijtage aan de zijkanten van de tandwieltanden.

Figuur 7. Deze foto is een close-up van de rand van een beschadigde tand. Let op het verstoorde metaal aan het einde van het contactgebied.

Over Azima DLI
Azima DLI is een leider en vooraanstaande leverancier van voorspellende diensten voor het bewaken en analyseren van machinecondities die aansluiten bij de hoge eisen van klanten op het gebied van betrouwbaarheid, beschikbaarheid en uptime. De WATCHMAN Reliability Services van Azima DLI maken gebruik van flexibele implementatiemodellen, bewezen diagnostische software en ongeëvenaarde analytische expertise om duurzame, schaalbare en kosteneffectieve, op conditie gebaseerde onderhoudsprogramma's te leveren. De gebundelde oplossingen van het bedrijf stellen klanten in staat om uitgebreide, beproefde programma's te kiezen die de beschikbaarheid van activa garanderen en de productiviteit maximaliseren. Het hoofdkantoor van Azima DLI is gevestigd in Woburn, Massachusetts, met kantoren in de VS en internationale vertegenwoordiging in Azië-Pacific, Midden-Amerika, Europa en Zuid-Amerika. Ga voor meer informatie naar www.azimadli.com.