UNIVERZITET U BEOGRADU MAŠINSKI FAKULTET mr Goran B. Šiniković DETEKCIJA OŠTEĆENJA LEŢAJA U ULTRAZVUĈNOM DOMENU Doktorska disertacija Beograd, 2012. II University of Belgrade Faculty of MECHANICAL ENGINEERING Goran B. Šiniković M.Sc.ME BEARING DAMAGE DETECTION IN ULTRASONIC DOMAIN Doctoral Dissertation Belgrade, 2012 III Komisija za ocenu i odbranu: Mentor: dr Aleksandar Veg, redovni profesor Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet Članovi komisije: dr Miodrag Stoimenov, redovni profesor Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet dr Ljubomir Miladinović, redovni profesor Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet dr Dragan Petrović, redovni profesor Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet dr Nenad Pavlović, redovni profesor Univerzitet u Nišu, Mašinski fakultet Datum odbrane: IV Detekcija oštećenja leţajeva u ultrazvuĉnom domenu Apstrakt Svi ležajevi, ispravni ili oštećeni, novi ili korišćeni, u radu generišu odreĎeni nivo ultrazvuka, kao posledicu kontakta kotrljajnih elemenata i kotrljajnih staza. Degradacije maziva i pojava prvih znakova zamora materijala ležaja dovodi do povećanja trenja u ležaju a samim tim i viši nivo akustičke emisije ležaja. U doktorskoj disertaciji postavljena je originalna metodologija detekcije oštećenja kotrljajnih ležajeva u ultrazvučnom domenu. Razvijen je primenjiv model i prototipsko rešenje elektronskog bloka za kondicioniranje izvornih signala. Formulacija kriterijuma kvaliteta izvedena je na jednostavan način što govori o suštinskom sagledavanju i diferenciranju disipirane energije usled nastalog oštećenja, kako u ranoj tako i u odmakloj pojavnoj fazi. Detekcija oštećenja ležaja u ultrazvučnom domenu je metoda nadzora ležaja koja se razlikuje od tradicionalnih dijagnostičkih metoda. Ovom metodom analizira se visokofrekventni deo spektra, frekvencije u opsegu 100 kHz - 500 kHz. Senzori koji se koriste osetljivi su na metalni kontakt koji se pojavljuje pri prelasku kotrljajnog elementa preko kotrljajne staze bez prisustva dovoljnog sloja maziva. U tom slučaju, senzor na izlazu emituje visokofrekventni pulsirajući signal. Razvojem nove metode detekcije oštećenja kotrljajnih ležajeva stvaraju se uslovi za precizniju procenu stanja ležaja ultrazvučnom dijagnostikom. Time se unapreĎuje i pojednostavljuje tehnologija održavanja rotacione opreme, što smanjuje postojeće troškove usled zastoja i omogućuje pravovremenu intervenciju. Time se ujedno i povećava pouzdanost rada ključnih energetskih sistema termo-elektrana, toplana, vodovodne infrastrukture i drugih energetskih postrojenja u rafinerijama i procesnoj industriji. Kljuĉne reĉi: Detekcija oštećenja ležaja, nadzor opreme, vibracije, ultrazvuk Nauĉna oblast: Mašinstvo Uţa nauĉna oblast: Dinamika mašina UDK 621.822.6 (043.3) V Bearing Damage Detection in Ultrasonic Domain Abstract All bearings, operational or damaged, new or used, generate a certain level of ultrasound during work, as a result of contact of rolling elements and the rolling slopes. Lubricant degradation and appearance of the first signs of bearing fatigue lead to increased friction in the bearing and therefore a higher level of acoustic emission. In doctoral dissertation, an original methodology for roller bearings damage detection in ultrasonic domain is established. The applicable model and the electronic block prototype solution for conditioning the source signals are developed. The quality criteria is formulated in a simple way, which shows the substantial comprehending and diversifying of the dissipated energy due to damage, incurred both in early and in advanced stage of manifestation. Bearing damage detection in ultrasonic domain is the method of bearing inspection that differs from traditional diagnostic methods. This method analyzes the high-frequency part of the spectrum, the frequencies in the range of 100 kHz - 500 kHz. The used sensors are sensitive to the metal contact that occurs during rolling element passage through the rolling slopes in the absence of sufficient lubricant layer thickness. In this case, the sensor emits a high- frequency output of the pulsing signal. By the development of the new methods for the detection of the ball bearing defects, the conditions for a more precise ultrasound assessment of bearing conditions are created. This improves and simplifies maintenance technology of rotary equipment, reducing the current costs due to the stoppage and allows timely intervention. This also increases the working reliability of the key energetic systems of the thermal power plants, heating plants, water infrastructure and other power plants in refineries and process industries. Key words: Bearing fault detection, Condition monitoring, Vibration, Ultrasound Scientific discipline: Mechanical engineering Scientific sub discipline: Machine dynamics UDK 621.822.6 (043.3) Sadržaj VI SADRŢAJ 1 UVOD ......................................................................................................................................................................... 1 2 OSNOVNI KONCEPT KOTRLJAJNIH LEŢAJEVA ................................................................. 3 2.1 Kratak istorijski pregled ................................................................................................................. 3 2.2 Tipovi leţaja .............................................................................................................................................. 4 2.3 Oznaĉavanje leţaja ............................................................................................................................. 6 3 OŠTEĆENJA KOTRLJAJNIH LEŢAJA I NJIHOVI UZROCI ............................................ 8 3.1 Tragovi oštećenja i njihovo tumaĉenje/interpretacija ........................................... 9 3.2 Tipovi oštećenja leţaja ................................................................................................................. 17 3.2.1 Habanje ležaja ........................................................................................................................... 17 3.2.2 Utiskivanje (Identations) ..................................................................................................... 21 3.2.3 Razmazivanje (Smearing) ................................................................................................. 23 3.2.4 Površinsko razaranje (Surface Distress) ................................................................. 24 3.2.5 Korozija .......................................................................................................................................... 25 3.2.6 Oštećenja ležaja uzrokovana prolaskom struje .................................................. 26 3.2.7 Oštećenja kaveza ..................................................................................................................... 28 4 PREGLED POSTOJEĆIH METODA DIJAGNOSTIKE LEŢAJA ................................. 29 4.1 Analiza vibracija u vremenskom domenu .................................................................... 29 4.2 Analiza vibracija u frekventnom domenu ..................................................................... 30 4.3 Vremensko-frekventna analiza vibracija ....................................................................... 32 4.4 Analiza sopstvenih frekvencija leţaja .............................................................................. 34 4.5 Envelopa ubrzanja ............................................................................................................................ 35 4.6 SEE (Spectral Emitted Energy) .............................................................................................. 40 4.7 HFD (High Frequency Detection) ......................................................................................... 41 4.8 SPM (Shock Pulse Method) ...................................................................................................... 41 Sadržaj VII 5 DETEKCIJA OŠTEĆENJA LEŢAJA U ULTRAZVUĈNOM DOMENU ................... 44 5.1 Vibracije visokih frekvencija - ultrazvuk ........................................................................ 44 5.2 Akustiĉka emisija leţaja .............................................................................................................. 46 5.3 Proces obrade signala .................................................................................................................. 48 5.3.1 Greške u mernom lancu ..................................................................................................... 50 5.3.2 Uticaj šumova i analogne obrade signala ............................................................... 50 5.3.3 Kolo za uzorkovanje i držanje ......................................................................................... 52 5.3.4 Izbor rezolucije i brzine uzorkovanja .......................................................................... 53 5.4 Opis instrumenta za merenje ultrazvuĉne emisije ................................................ 56 5.5 Kriterijumi za ocenu stanja leţaja merenjem ultrazvuĉne emisije ........... 66 6 EKSPERIMENTALNI RAD – ISPITIVANJE LEŢAJA .......................................................... 67 6.1 Konstruisanje probnog stola za ispitivanje leţaja ................................................ 67 6.2 Opis ispitivanja i definisanje procedura ........................................................................ 72 6.3 Merni instrumenti .............................................................................................................................. 74 6.3.1 Microlog CMVA 60 (SKF – Švedska) ........................................................................ 74 6.3.2 SPM 43A (SPM – Švedska) ............................................................................................. 76 6.4 Kriterijumi za ocenu stanja leţaja ....................................................................................... 78 6.4.1 Spektralna analiza .................................................................................................................. 78 6.4.2 Envelopa ubrzanja .................................................................................................................. 79 6.4.3 SPM (Shock Pulse Meter) ................................................................................................. 82 6.4.4 Detekcija u ultrazvučnom domenu .............................................................................. 83 6.5 Prikaz rezultata ispitivanja ........................................................................................................ 84 6.5.1 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 1 .............................................................................. 84 6.5.2 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 2 .............................................................................. 86 6.5.3 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 3 .............................................................................. 88 6.5.4 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 4 .............................................................................. 90 6.5.5 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 5 .............................................................................. 92 6.5.6 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 6 .............................................................................. 94 6.5.7 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 7 .............................................................................. 96 6.5.8 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 8 .............................................................................. 98 6.5.9 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 9 ............................................................................ 100 6.5.10 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 10 ......................................................................... 102 Sadržaj VIII 6.5.11 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 11 ......................................................................... 104 6.5.12 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 12 ......................................................................... 106 6.5.13 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 13 ......................................................................... 108 6.5.14 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 14 ......................................................................... 110 6.5.15 Rezultati ispitivanja na ležaju br. 15 ......................................................................... 112 6.6 Analiza rezultata ispitivanja ................................................................................................... 114 7 ZAKLJUĈAK ................................................................................................................................................... 121 8 LITERATURA ................................................................................................................................................. 124 LISTA SIMBOLA, SLIKA i TABELA BIOGRAFIJA Prilog 1 – Izjava o autorstvu Prilog 2 – Izjava o istovetnosti štampane i elektronske verzije doktorskog rada Prilog 3 – Izjava o korišćenju Uvod Poglavlje 1 1 1. UVOD Modernizacija industrijski kapaciteta iziskuje nove modele preventivnog i prediktivnog održavanja što podrazumeva razvoj i primenu novih dijagnostičkih metoda za procenu stanja ključnih delova kao što su kotrljajni ležajevi na rotacionim mašinama. Životni vek kotrljajnih ležajeva je ograničen. Čak i ako su opterećenja kojim su izloženi u projektovanim granicama, pre ili kasnije doći će do zamora materijala i otkaza ležaja. Vremenski period do pojave prvih znakova zamora je u funkciji broja ciklusa i magnitude opterećenja. Vek kotrljajnih ležajeva je definisan ukupnim brojem ciklusa koje ležaj može da ostvari pre pojave prvih znakova oštećenja. To ne znači da je ležaj neupotrebljiv posle tog trenutka. Po pravilu, od nastanka prvih znakova oštećenja do konačnog zaustavljanja, postoji dovoljno dug vremenski period za planiranje i pripremu zamene ležaja. Iskustva nam govore da veoma često ležaj ne postigne proračunski životni vek što dovodi do zastoja rotacione opreme. Postoji mnogo mogućih uzroka koji dovode do njegovog preranog otkaza a meĎu njima su najčešći: preopterećenje, neodgovarajuće i nestabilno podmazivanje, nepravilno rukovanje, loše zaptivanje, nepoštovanje zahtevanih tolerancija – smanjenje unutrašnjeg zazora. Ranom detekcijom oštećenja ležaja mogu se sprečiti katastrofalni otkazi, izbeći proizvodni gubici i povećati raspoloživost opreme smanjenjem vremena zastoja zbog servisa. Da bi se pravovremeno dijagnostikovalo realno stanje kotrljajnih ležajeva potrebno je imati adekvatnu metodu koja će precizno odrediti trenutno stanje ležaja i dati odgovor o preostalom veku trajanja i neophodnosti njegove zamene. Trenutno na tržištu postoje metode i komercijalni programski paketi koji svojim performansama pokrivaju i ovaj segment, ali su zbog veličine i visoko postavljenih zahteva primene potpuno nedostupni domaćem tržištu, pa je jasna potreba za formiranjem inovativne metode koja bi omogućila korišćenje savremenih tehnologija i dala kompetentne rezultate. Uvod Poglavlje 1 2 Osnovni cilj disertacije je dobijanje postupka kojim bi se omogućilo praćenje stanja kotrljajnih ležajeva na rotacionim mašinama, brza i efikasna procena stanja i otkrivanje ranih defekata čime bi se postiglo optimalno iskorišćenje kapaciteta svakog ležaja i produžio radni vek mašine uz adekvatno smanjenje materijalnih troškova. Osnovni koncept kotrljajnog ležaja Poglavlje 2 3 2. OSNOVNI KONCEPT KOTRLJAJNOG LEŽAJA 2.1 Kratak istorijski pregled Prvi koncept kotrljajnog ležaja datira još iz vremena Rimljana, oko 50. godine nove ere. Pronalaskom točka ustanovljeno je da je za pomeranje tereta potrebna manja snaga (sila) ukoliko se koriste točkovi tj. ukoliko se pomeranje obavlja kotrljanjem a ne klizanjem tela po podlozi. Pronalaskom maziva, otpor trenja je umanjen ali je i dalje znatno veći u poređenju sa otporom kotrljanja. Najefikasniji način prenosa opterećenja između dva elementa koji se nalaze u relativnom kretanju je da se između njih umetnu kotrljajni elementi. Otpor klizanja dve kontaktne površine daleko je veći od otpora kotrljanja. Slika 2.1 na jednostavan način prikazuje evoluciju kotrljajućih ležajeva [1]. Slika 2.1 – Evolucija kotrljajnih ležajeva [1] Osnovni koncept kotrljajnog ležaja Poglavlje 2 4 Iako je koncept kotrljajućih pokreta poznat i koristi se hiljadama godina, do upotrebe kotrljajnih ležajeva došlo je tek tokom industrijske revolucije. Začetnik osnovne konstrukcije modernih kotrljajnih ležajeva je Leonardo da Vinči (1452.- 1519.). Dizajn njegovog kugličnog ležaja prikazan je na slici 2.2. Slika 2.2 – Da Vinčijev koncept kotrljajnog ležaja [1] Osnovni zadatak ležaja je da obezbedi rotaciju, tačnu poziciju i prenos opterećenje između dva mašinska dela, najčešće vratila i kućišta. Konstrukcija kotrljajnih ležaja je jednostavna, sastoje se od četiri elementa: spoljašne i unutrašnje kotrljajne straze, kotrljajnih elemenata i kaveza (slika 2.3). Tri elementa učestvuju u prenosu opterećenja, dok četvrti obezbeđuje pravilnu međusobnu poziciju kotrljajnih elemenata. Osnovni koncept kotrljajnog ležaja Poglavlje 2 4 Slika 2.3 – Konstrikcija kotrljajnog ležaja 2.2 Tipovi ležaja Postiji nekoliko podela kotrljajnih ležajeva. Prvu možemo napraviti prema obliku kotrljajnih elemenata. Prema toj podeli ležajevi se dele na: - Kuglične - Cilindrično valjkaste - Igličaste - Konusno valjkaste - Bačvaste Osnovni koncept kotrljajnog ležaja Poglavlje 2 5 Kuglični Cilindrično valjkasti Igličasti Konusno valjkasti Bačvasti Slika 2.4 – Tipovi ležaja prema obliku kotrljajnih tela [3] Druga podela ležajeva može se napraviti prema pravcu opterećenju koje prenose. Na taj način ležajevi se dele na radijalne i aksijalne. Radijalni ležajevi su projektovani tako da primarno prenose radijalna opterećenja (sl. 2.5), dok je konstrukcija aksijalnih ležajeva takva da omogućava prenos aksijalnih opterećenja (sl. 2.6). Slika 2.5 – Radijalno opterećen ležaj Slika 2.6 – Aksijalno opterećen ležaj Osnovni koncept kotrljajnog ležaja Poglavlje 2 6 2.3 Označavanje ležajeva Svi ležajevi u metričkom izvođenju nose osnovnu oznaku, koja se sastoji od tri, četiri ili pet brojeva ili kombinacije slova i brojeva. Brojevi (ili slova i brojevi) imaju značenje po redu kojim su navedeni [3]: - Prvi broj u osnovnoj oznaci ležaja (ili prvo slovo) označava tip ležaja - Drugi i treći broj označavaju dimenziju serije, a sledeći označava prečnik serije (D) - Dva poslednja broja pomnožena sa pet daju prečnik otvora (d) U određenim slučajevima, broj koji označava tip ležaja ili prvi broj dimenzije serije mogu biti izostavljeni. Na slici 2.7, ti brojevi dati su u zagradama. Oznake tipa ležaja 0 – Dvoredni kuglični sa kosim dodirom 1 – Samopodesivi kuglični 2 – Bačvasti i aksijalni bačvasti 3 – Konusno valjkasti 4 – Dvoredni radijalni kuglični 5 – Aksijalni kuglični 6 – Jednoredni radijalni kuglični 7 – Jednoredni kuglični sa kosim dodirom 8 – Aksijalni cilindrično valjkasti N – Cilindrično valjkasti QJ – Kuglični sa dodirom u četiri tačke T – Konusno valjkasti Osnovni koncept kotrljajnog ležaja Poglavlje 2 7 Slika 2.7 – Označavanje ležaja [3] Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 8 3. OŠTEĆENJA LEŢAJEVA I NJIHOVI UZROCI Često se dešava da ležaj ne doživi projektovani radni vek. Postoje brojni uzroci koji mogu da dovedu do njegovog otkaza. Najčešći su: neadekvatno i nestabilno podmazivanje, izloženost većim opterećenjima od očekivanih, nepravilna montaža, kontaminacija maziva uzrokovana lošim zaptivanjem, nedovoljan unutrašnji zazor u ležaju uzrokovan nepoštovanjem zahtevane tolerancije rukavca ili kućišta. Svaki od pomenutih uzroka stvaraju odreĎen tip oštećenja i ostavljaju specifičan trag na ležaju. Istraživanjem oštećenja ležaja, u velikom broju slučajeva, moguće je utvrdi uzrok oštećenja i preduzeti potrebne mere kako bi se sprečilo njegovo ponavljanje. Generalno, kotrljajni ležajevi ne mogu da traju zauvek. Čak i ako su opterećenja kojim su izloženi u projektovanim granicama, pre ili kasnije doći će do zamora materijala i zaustavljanja ležaja. Vremenski period do pojave prvih znakova zamora je u funkciji broja obraja/ciklusa i magnitude opterećenja. Zamor je rezultat cikličnog naprezanja materijala pod dejstvom opterećenja. Vremenom, naprezanja uzrokuju naprsline koje se postepeno povećavaju. Kako u radu ležaja kotrljajni elementi prelaze preko naprslina, one se vremenom povećavaju što dovodi i do odvajanja materijala (ljuspice). Ta pojava se naziva ljuspanje. Ljuspanje se progresivno povećava (slika 2.1a – 2.1d) i konačno dovodi do zaustavljnja ležaja. a) b) Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 9 c) d) Slika 3.1 – Faze oštećenja ležaja [4] 3.1 Tragovi na kotrljajnoj stazi i njihovo tumačenja/interpretacija U radu kotrljajnih ležaja, pod dejstvom opterećenja, dolazi do deformacija kontaktnih površina kotrljajnih elemenata i staze kotrljanja, što ostavlja vidljive tragove. Tragovi na kotrljajnoj stazi nastaju i pri „normalnoj“ eksploataciji ležaja, tako da sama pojava ne predstavlja idikaciju habanja. Analizom tragova mogu se odrediti uslovi u kojima je ležaj radio kao i opterećenja kojima je bio izložen. Na slikama koje slede od slike 2.2 do 2.8 prikazan je normalan trag za različite slučajeve opterećenja, dok je na slikama 2.9 – 2.15 prikazan trag u abnormalnim radnim uslovima. Izgled i pozicija traga mogu da budu od pomoći prilikom otkrivanja uzroka oštećenja. Na prikazanim slikama dati su kuglični radijalni i aksijalni ležajevi. Iste slike, sa manjim modifikacijama, su primenjive i na druge tipove ležaja. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 10 Slika 3.2 – Radijalno jednosmerno opterećenje, rotacija unutrašnjeg prstena, fiksiran spoljašni prsten [4] Unutrašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag najširi u pravcu opterećenja, sužava se pri krajevima. Za normalna naleganja i normalne unutrašnje zazore, trag se prostire na nešto manje od pola obima kotrljajne staze. Slika 3.3 – Radijalno jednosmerno opterećenje, fiksiran unutrašnji prsten, rotacija spoljašnjeg prstena [4] Unutrašnji prsten: Trag najširi u pravcu opterećenja, sužava se pri krajevima. Za normalna naleganja i normalne unutrašnje zazore, trag se prostire na nešto manje od pola obima kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 11 Slika 3.4 – Radijalno opterećenje rotira u fazi sa unutr. prstenom, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran [4] Unutrašnji prsten: Trag najširi u pravcu opterećenja, sužava se pri krajevima. Za normalna naleganja i normalne unutrašnje zazore, trag se prostire na nešto manje od pola obima kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze. Slika 3.5 – Radijalno opterećenje rotira u fazi sa spolj. prstenom, fiksiran unutrašnjeg prstena, rotacija spoljašni prsten [4] Unutrašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag najširi u pravcu opterećenja, sužava se pri krajevima. Za normalna naleganja i normalne unutrašnje zazore, trag se prostire na nešto manje od pola obima kotrljajne staze. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 12 Slika 3.6 – Aksijalno jednosmerno opterećenje, rotacija unutrašnjeg prstena ili spoljašnjeg prstena [4] Unutrašnji i spoljašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, bočno pozicioniran po celom obimu kotrljajne staze na oba prstena. Slika 3.7 – Kombinacija jednosmernog radijalnog i aksijalnog opterećenja, rotacija unutrašnjeg prstena, fiksiran spoljašni prsten Unutrašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, bočno pozicioniran po celom obimu kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag bočno pozicioniran po celom obimu kotrljajne staze, najširi u pravcu opterećenja. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 13 Slika 3.8 – Aksijalno opterećenje [4] Oba prstena: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze na oba prstena. Slika 3.9 – Radijalno jednosmerno opterećenje+neuravnoteženost, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten proklizava [4] Unutrašnji i spoljašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze na oba prstena. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 14 Slika 3.10 – Uske tolerancije-veliki preklop, radijalno opterećenje, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran [4] Unutrašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag je pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze, najširi u pravcu opterećenja. Slika 3.11 – Ovalno kućište, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran [4] Unutrašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag je pozicioniran u dva dijametralno suprotna dela staze kotrljanja, najširi na mestu gde je stezanje najveće. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 15 Slika 3.12 – Nesnost spoljašnjeg prestena, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran [4] Unutrašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, pozicioniran u centru i oko centra, po celom obimu kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag je pozicioniran u dva dijametralno suprotna dela staze kotrljanja, dijagonalno postavljena jedan u odnosu na drugi. Slika 3.13 – Nesaosnost unutrašnjeg prstena, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran [4] Unutrašnji prsten: Trag je pozicioniran u dva dijametralno suprotna dela staze kotrljanja, dijagonalno postavljena jedan u odnosu na drugi. Spoljašnji prsten: Trag je naširi u pravcu opterećenja, sužava se pri krajevima. Unutrašnji zazor u ležaju je redukovan usled nesaosnosti. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 16 Slika 3.14 – Prsten vratila i prsten kućišta ekscentrično pomereni, prsten vratila pokretan [4] Prsten vratila: Trag ravnomeran po širini, po celom obimu kotrljajne staze. Prsten kućišta: Trag ravnomeran po širini, po celom obimu kotrljajne staze, ekscentrično pomeren od ose prstena. Slika 3.15 – Prsten kućišta zakošen, prsten vratila pokretan [4] Unutrašnji prsten: Trag ravnomeran po širini, po celom obimu kotrljajne staze. Spoljašnji prsten: Trag se nalazi u centru kotrljajne staze ali je neravnomerne širine. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 17 3.2 Tipovi oštećenja leţaja Svi uzroci otkaza ležaja proizvode karakteristična ošteć17enja. Takva oštećenja, poznata kao primarna, dovode do sekundarnih oštećenja kao što su ljuspanje i lom ležaja. Čak i primarna oštećenja mogu zahtevati zamenu zamenu ležaja zbog povećanja unutrašnjeg zazora, vibracija, buke i slično. Oštećen ležaj često pokazuje kombinaciju primarnog i sekudnarnog oštećenja. Sva oštećenja ležaja mogu se podeliti u dve grupe: Primarna oštećenja - Habanje - Utiskivanje - Razmazivanje (Smearing) - Površinska oštećenja - Korozija - Oštećenja izazvana strujom Sekundarna oštećenja - Ljuspanje - Prsline 3.2.1 Habanje leţaja U normalnim slučajevima korišćenja kotrljajnih ležajeva ne postoji merljivo habanje. Ipak, ukoliko unutar ležaja doĎe do kontaminacije ili gubitka maziva habanje se može pojaviti. Prekomerne vibracije takoĎe mogu uzrokovati habanje. Habanje izazvano abrazivnim česticama Najčešći vid habanja ležaja uzrokuju dešava se kada male abrazivne čestice peska ili strugotine prodru u ležaj. One uzrokuju habanje kotrljajne steze, kotrljajnih elemenata i kaveza (sl. 2.16). Stepen oštećenja površine zavisi od tvrdoće, količine i prirode čestica. Ponekad, istrošene mesingane čestice kaveza prelaze u bazni acetat bakra i daju mazivu zelenkastu boju. Količina abrazivnih čestica vremenom se povećava što ceo proces habanja ubrzava a kao krajni rezultat dolazi do habanja kontaktnih površina do mere kod koje ležaj postaje neupotrebljiv. Ponekad, ukoliko je na ležaju prisutna samo blaga pohabanost, on se može očistiti i dalje koristiti. Abrazivne čestice mogu da prodru u ležaj usled lošeg zaptivanja, ukoliko je samo mazivo zaprljano ili u toku montaže. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 18 Slika 3.16 – Habanje ležaja izazvano abrazivnim česticama [4] Habanje usled neadekvatnog podmazivanja Ova vrsta habanja nastaje u slučaju kada ležaj nema dovoljnu količinu maziva ili ukoliko je mazivo izgubilo svojstva podmazivanja. U tom slučaju ne postoje uslovi za formiranje uljnog filma koji bi obezbedio dovoljnu moć nošenja i sprečio kontakt metalnih površina kotrljajnih staza i kotrljajnih elemenata. U početnoj fazi, rezultat habanja je sličan kao i kod „preklapanja“- (lapping). Vrhovi mikroskopskih neravnina, zaostalih nakon procesa izrade, ovim se izravnaju što daje efekat poliranja površine (sl. 2.17). U ovoj fazi dolazi i do povećanog površinskog naprezanja. Ukoliko je mazivo potpuno potrošeno, dolazi i do brzog porasta temperature, okaljeni matrijal omekšava a površina menja boju od plavih do smeĎih nijansi. Temperatura može postati toliko visoka da izazove i stapanje materijala. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 19 Slika 3.17 – Habanje ležaja usled neadekvatnog podmazivanja [4] Habanje leţaja usled dejstva prekomernih vibracija Ležajevi sa ovom vrstom oštećenja obično se susreću na mašinama koje nisu u pokretu a nalaze se u neposrednoj blizini mašina koje generišu vibracije. Čak i kod ležaja kod kojih postoji dovoljna količina maziva a nisu u pokretu doći će do kontakta kotrljajnih elemenata i staze kotrljanja. Odsustvo kretanja dovodi do gubitka uljnog filma i do metalnog kontakta dva elementa. Ukoliko je takav ležaj izložen vibracijama, doći će do relativnog kretanja kotrljajnih elemenata i prstenova. Kao rezultat ovih malih pomeranja dolazi do odvajanja malih delića sa staze kotrljanja i formiranja malih ulegnuća na samoj stazi. Kuglice formiraju sferična ulegnuća (sl. 2.18), a valjčići žljebove (slika 2.19). Slika 3.18 – Oštećenje kugličnog ležaja usled povećanih vibracijama [4] Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 20 Slika 3.19 – Oštećenje valjkastog ležaja izazvano povećanim vibracijama U mnogim slučajevima moguće je zapaziti rĎu u dnu ulegnuća koja se javlja kao rezultat oksidacije odlomljenih delića kotrljajne staze. Kod ove vrste oštećenja, na kotrljajnim elementima ne postoje vidljivi tragovi oštećenja. Na stepen oštećenja značajno utiču intenzitet vibracija, vremenski period u kome je ležaj izložen i unutrašnji zazor u ležaju, dok frekvencija vibracija nema značajan efekat. Pokazalo se da su valjkasti ležajevi osetljiviji na ovaj tip oštećenja od kugličnih ležajeva. Udubljenja izazvana vibracijama ponekad liče i na oštećenja usled prolaska električne struje. Ipak, moguće je uočiti razliku prema boji žljebova ili ulegnuća. Kod oštećenja usled prolaska struje, dno udubljenja je tamne boje, za razliku od predhodnog slučaja gde je dno svetlo ili korodiralo. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 21 Slika 3.20 – Oštećenja ležaja izazvana povećanim vibracijama [4] 3.2.2 Utiskivanje (Identations) Pri nepravilnoj montaži ležajeva, kod koje se silom deluje na pogrešan prsten, sila se prenosi preko kotrljajnih elemenata što može uzrokovati pojavu oštećenja elemenata u obliku/vidu nazubljenja. Isti tip oštećenja može se javiti ukoliko je ležaj u radu izložen dejstvu prevelikog opterećenja (sl. 2.21). Slika 3.21 – Oštećenje ležaja usled nepravilne ugradnje [4] Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 22 Slika 3.22 – Brazde na aksijalnom ležaju [4] Treći uzrok ove pojave može biti i prisustvo spoljnih čestica. Ove čestice ne moraju da budu tvrde. Parčići papira ili krpe koja je ostala pri montaži mogu da naprave brazde na stazi kotrljanja (sl. 2.23). Slika 3.23 – Oštećenje ležaja usled prisustva spoljnih čestica [4] Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 23 3.2.3 Razmazivanje (Smearing) Kada dve nedovoljno podmazane površine, pod dejstvom opterećenja klizaju jedna preko druge, dolazi do prelaska matrijala sa jedne površine na drugu. Ova pojava naziva se razmazivanje pri čemu površine postaju zasečene i imaju iskidan izgled (sl. 2.24). Generalno, pri pojavi razmazivanja, materijal je zagrejan do temperature na kojoj počinje otpuštanje a zatim, pod dejstvom površinskog pritisaka, i do odvajanja čestica ili loma. Slika 3.24 – Oštećenje ležaja – razmazivanje [4] Ova pojava najčešće se javlja na valjkastim ležajevima pri velikim aksijalnim opterećenjima i malim brzinama (sl. 2.25). Slika 3.25 – Oštećenje valjkastog ležaja usled dejstva velikih aksijalnih sila i nekvalitetnog podmazivanja [4] Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 24 Razmazivanje se može pojaviti i u slučaju relativnog kretanja spoljnjeg prstena i kućišta ili unutrašnjeg prstena i vratila. Slika 3.26 – Oštećenje spoljnih površina ležaja [4] 3.2.4 Površinsko razaranje (Surface Distress) Površinski zamor ležaja javlja se u slučajevima kada uljni film, koji razdvaja kontaktne površine postane suviše tanak. U tom slučaju, vrhovi neravnina jednog dela zadiru u drugi što dovodi do nastanka mikro naprslina. Ove naprsline ne treba mešati sa prslinama nastalih usled zamora materijala (dubinske prsline). Površinski naprsline su mikroskopski veličine, povećavaju se veoma postepeno do veličine koja može uticati na glatko kotrljanje. Ponekad, ove mikro naprsline mogu ubrzati nastanak zamora materijala i dubinskih prslina i na taja način smanjiti radni vek ležaja. Rizik za nastanak površinskog zamora je minimalan ukoliko mazivo, pod dejstvom povišene temperature ili opterećenja, nije izgubilo potrebnu viskoznost, tj. i dalje je takvog kvaliteta koji omogućuje stvaranje uljnog filma dovoljne debljine. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 25 Slika 3.27 – Površinsko razaranje ležaja [4] 3.2.5 Korozija Kod ležaja mogu nastati dva slučaja korozije: dubinska korozija i korozija usled trenja (fretting). Prva nastaje kada voda ili drugi korozivni element prodru u unutrašnjost ležaja, u tolikoj meri da mazivo ne može da obezbedi dovoljnu zaštitu. U prvoj fazi korozije pojavljuju se flekice koje kasnije prelaze u duboku rĎu (sl. 2.28). Kisele tečnosti izazivaju intenzivnu koroziju dok su bazne manje opasne. Pored kiselina i morska voda je izuzetno agresivna. Slika 3.28 – Dubinska korozija ležaja [4] Drugi vid korozije nastaje kada postoji zazor izmeĎu vratila i unutrašnjeg prstena ili kućišta i spoljnjeg prstena, što omogućuje relativno kretanje pomenutih elemenata. Relativna pomeranja mogu da dovedu i do otkidanja Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 26 sitnih čestica materijala. Ove čestice brzo oksidišu pri dodiru sa kiseonikom iz atmosfere. Kao rezultat ovog vida korozije može se desiti da se prsten ležaja ne oslanja ravnomerno na kućište što dovodi do nepravilne raspodele opterećenja u ležaju. Slika 3.29 –Korozija ležaja usled trenja (Fretting) [4] 3.2.6 Oštećenja leţaja uzrokovana prolaskom struje Pri prolasku struje kroz ležaj, sa jednog prstena kroz kotrljajna tela do drugog prstena, na kontaktnim površinama stvara se električni luk. Ovaj proces dovodi do zagrevanja materijala od tačke kaljenja do topljenja. Ova pojava izaziva promene boje kontaktnih površina u zavisnosti da li je površina okaljena, otpuštena ili istopljena (sl. 2.30a). Prolazak struje može da izazove i nastanak žljebova kako na kotrljajnoj stazi tako i na kotrljajnim elementima (sl. 2.30b). Oštećenja uzrokovana prolaskom struje su slična oštećenjima usled povećanih vibracija, što ponekad može da dovede do zabune. Razliku je moguće napraviti prema boji žljebova. U prvom slučaju oštećenja su tamne boje, dok su kod vibracija oštećenja svetle ili boje rĎe. Duga razlika je u tome što kod oštećenja izazvanih vibracijama nema oštećenja kotrljajnih tela. Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 27 Ukoliko ležaj nije u rotaciji on je znatno otporniji na pojavu ove vrste oštećenja od ležaja u pokretu. Na stepen oštećenja ležaja utiče nekoliko faktora: intenzitet struje, vreme, opterećenje ležaja, radna brzina, mazivo. Jedini način da se spreči pojava ove vrste oštećenja je prevencija prolaska bilo kakve struje kroz ležaj. a) b) Slika 3.30 – Oštećenja ležaja uzrokovana prolaskom struje kroz ležaj [4] Slika 3.31 – Oštećenja ležaja uzrokovana prolaskom struje velike jačine [4] Oštećenja kotrljajnih ležajeva i njihovi uzroci Poglavlje 3 28 3.2.7 Oštećenja kaveza Uzroci oštećenja kaveza teško se pronalaze. Razlog za to leži u činjenici da na ležaju kod koga postoje oštećenja kaveza, najčešće su prisutna oštećenja i na drugim elementima ležaja što otežava uvrĎivanje uzroka. Ipak postoje odreĎeni uzroci koji mogu da uzrokuju oštećenje kaveza. Najčešći su: povećane vibracije, previsok broj obrtaja, blokiranje ležaja, habanje. Slika 3.32 – Oštećenje kaveza [4] Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 29 4. PREGLED POSTOJEĆIH METODA DIJAGNOSTIKE LEŽAJA U savremenoj literaturi za dijagnostiku mehaničkih sistema opisane su brojne dijagnostičke metode koje koriste različite tehnike i algoritme za obradu električnog signala iz senzora. U zavisnosti od predmeta ispitivanja, potrebno je izabrati odgovarajuću metoda iz mnoštva postojećih. Za procenu stanja ležaja, danas su u najširoj upotrebi: analiza vibracija, envelopiranje – demodulacija signala, SPM metoda, merenje akustičke emisije. Sve dijagnostičke metode mogu se podeliti u tri grupe: Analiza vibracija u vremenskom domenu Analiza vibracija u frekventnom domenu Vremensko-frekventna analiza vibracija 4.1 Analiza vibracija u vremenskom domenu Tradicionalne tehnike za analizu vremenskog signala analiziraju karakteristične osobine vremenskog signala kao što su: vršne vrednosti (peak), interval između vršnih vrednosti, standardna devijacija, RMS vrednost signala, kurtosis itd. Savremene tehnike za analizu vremenskog signala koriste vremenski-sinhronizovano usrednjavanje (Time synchronous average). Ideja ove metode je korišćenje uređenog usrednjavanja sirovog signala pomoću broja ciklusa. Cilj ove tehnike je uklanjanje ili umanjenje šuma i drugih nepovoljnih uticaja kako bi se naglasile komponente signala koje su od interesa. Vremenski sinhronizovano usrednjavanje može se prikazati formulom: (4.1) Gde je: – signal; T – period usrednjavanja; N – broj semplova za usrednjavanje Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 30 Napredne tehnike analize vremenskog signala koriste modele vremenskih serija, pri čemu je osnovna ideja podešavanje signala pomoću parametarskih modela vremenskih serija, kako bi se iz osnovnog signala izdvojile one karakteristike koje su bazirane upravo na tim parametrima. Primeri koji se susreću u savremenoj literaturi su autoregresivni model i autoregresivno usrednjavanje. 4.2 Analiza vibracija u frekventnom domenu Analiza u frekventnom domenu bazira se na signalu koji je iz vremenskog domena transformisan u frekventni. Prednost ove metode, u poređenju sa analizom u vremenskom domenu, je mogućnost jednostavnije identifikacije i izdvajanja određenih komponenti signala koji su nam interesantni. Tehnika koja je danas najšire zastupljena je brza Furijeova transformacija (Fast Fourier Transform – FFT). Razlog za najširu upotrebu je njena jednostavnost. Pregledom celokupnog spektra vibracija, na jednostavan način se mogu locirati i izdvojiti one komponente koje su dominantne. Ako na postrojenju postoje problemi, spektralna analiza nam pruža mogućnost da taj problem lociramo i odredimo uzrok njihovog nastanka. Praćenjem trenda moguće je predvideti vremenski period kada će problem postati kritičan. Savremeni instrumenti memorišu signal u digitalnoj formi, preračunavaju pojedinačne komponente složenog signala i prikazuju rezultate u obliku spektra vibracija. Pri određivanju uzroka vibracija koristi se činjenica da specifični mašinski problemi generišu specifične frekvencije. Problemi sa ležajevima detektuju se na višim frekvencijama (sl. 4.1). Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 31 Slika 4.1 – Karakterističan spektar vibracija Senzori vibracija, postavljeni na mašinama, pretvaraju mehaničke pomeraje u električne signale. Ti signali obuhvataju širok spektar frekvencija, od niskih do vrlo visokih i mogu se podeliti u tri grupe: Signali niskih frekvencija (0 – 2 kHz) Signali visokih frekvencija (2 – 50 kHz) Signali vrlo visokih frekvencija (preko 50 kHz) Većina ljudi može da čuje zvuk čija je frekvencija u granicama od 20 Hz do 18 kHz. Niskofrekventne vibracije (0 Hz – 2 kHz) nastaju usled strukturnih vibracija delova mašina, neuravnoteženosti, nesaosnosti, labavosti, grešaka u montaži kao i usled prelaska kotrljajnog tela preko oštećenog mesta na kotrljajnoj stazi. Visoko frekventne vibracije (2 – 50 kHz) javljaju se prilikom prelaza kotrljajnog elementa preko oštećenja na stazi kotrljanja. Taj prelaz generiše male impulse koji energiju prenose na kućište, koje na njih odgovara svojim oscilovanjem na sopstvenoj frekvenciji, koja se postepeno gubi zbog prigušenja u mehaničkoj strukturi mašine. Upoređujući frekventni spektar u nekom vremenskom intervalu, moguće je detektovati rast amplitude na sopstvenoj frekvenciji, koja je u direktnoj koreklaciji sa oštećenjem ležaja. Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 32 Signali vrlo visokih efrekvencija koji se nalaze u oblasti akustičke emisije (iznad 50 kHz) potiču isključivo od prelaza kotrljajnog elementa preko oštećenja na kotrljajnoj stazi i vibracija koje su posledica metalnog kontakta. Signali u tom frekventnom domenu mogu se registrovati pomoću vrlo osetljivih senzora. 4.3 Vremensko-frekventna analiza vibracija Pored brojnih prednosti koje ima, analiza vibracijskog signala u frekventnom domenu ima i određene nedostatke. Pošto se vremenski signal transformiše u frekventni, u stanju smo da vidimo sve komponente koje su prisutne u signalu ali pri tome gubimo informaciju kada se to dogodilo, nemamo vremensku odrednicu. To je najveći nedostatak frekventne analize a posebno je izražen kod analize nestacionarnih procesa. To je bio glavni razlog za razvoj novih, vremensko-frekventnih tehnika analize signala, koje vibracijski signal istražuju istovremeno i u vremenskom i u frekventnom domenu. Kod vremensko- frekventne analize koristi se vremensko frekventna distribucija, koja reprezentuje energiju vibracijskog signala predstavljenog u dvodimenzionalnoj formi, vremenskoj i frekventnoj. Tehnike koje se često koriste su kratko vremenska Furijeova transformacija (Short-Time Fourier Transform – STFT) ili spektogram i Vigner-vile-ova distribucija. Osnovna ideja STFT je da se ceo vibracijski signal podeli u segmente sa kratkim vremenskim intervalima a zatim primeni Furijeova transformacija nad svakim segmentom. Jasno je da će analizirajući signal na ovaj način dati više informacija o tome kada se javljaju različite frekventne komponente, ali se tako postavlja i novi problem – kako iseći željeni signal? Da bi se saznalo koje sve frekventne komponente postoje u signalu u svakom vremenskom trenutku, potrebno je taj signal seći Dirac – ovim impulsom. Međutim, pri ovom procesu, odsecanje signala odgovara konvoluciji između korisnog signala i signala za odsecanje tj. Dirac - ovog impulsa. Pošto je konvolucija u vremenskom domenu isto što i množenje u frekventnom, i pošto Furijeova transformacija Dirac - ovog impulsa sadrži sve moguće frekvencije, frekventne komponente signala će biti razlivene svuda po frekventnoj osi. Dakle, u ovom slučaju imamo drugi krajni slučaj: količina informacija o vremenu Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 33 je odlična, tj. sa visokim nivoom detalja, odnosno visokom rezolucijom, ali nemamo nikakvu frekventnu rezoluciju, što je suprotno od Furijeovoj transformaciji. Ovaj problem je poznat kao Heisenberg-ov princip neodređenosti, koji govori o nemogućnosti da se u isto vreme znaju tačne frekvencije i tačan trenutak vremena kada se ove frekvencije javljaju. Drugim rečima, signal se ne može jednostavno predstaviti kao tačka u vremensko- frekventnom prostoru. Zbog svega ovoga, vrlo je važno kako se signal odseca. Wavelet transformacija ili wavelet analiza je možda najskorije rešenje da se prevaziđu negativne osobine Furijeove transformacije. U Wavelet analizi koriste se potpuno promenljive (skalabilne) funkcije kao prozor za odsecanje što rešava problem odsecanja signala. Prozor se pomera po signalu i za svaku poziciju se izračunava konvolucija. Zatim se ovaj proces ponavlja više puta sa malo kraćim (ili dužim) prozorom za svaki nov ciklus. Razlog zbog koga se koriste različiti prozori je nastojanje da se različite frekventne komponente signala različito i tretiraju. Naime, kada je prozor za odsecanje mali, posmatraju se visoke frekventne komponente signala (jer imaju manju periodu pa se mogu obuhvatiti prozorom), pri čemu je ostvaruje visoka rezolucija u vremenu. A kada se poveća širina prozora, od značaja su niže frekventne komponente (jer one imaju veću periodu), i naravno pri tome je viša frekventna rezolucija. Na kraju, kao konačan rezultat dobija se kolekcija vremensko-frekventnih reprezentacija signala sa različitim rezolucijama. Zbog toga se ovaj pristup zove višerezolucijska analiza (Multiresolution Analysis). Treba reći da se kod ove transformacije obično ne govori o vremensko-frekventnoj reprezentaciji, već o reprezentaciji vreme - skala (time-scale). Skala je recipročno od frekvencije i zbog toga ima jedinicu vremena. Skala se koristi zato što je naziv frekvencija zadržan za Furijeovu transformaciju. Parametar skala u wavelet transformaciji je sličan upotrebi skale u mapama. Kao i u slučaju mapa, vrednost velikih skala odgovara globalnom nedetaljnom pogledu na signal, dok male skale odgovaraju detaljnom pogledu. Slično, kada je reč o frekvenciji, niske frekvencije (velike skale) odgovaraju globalnoj informaciji signala, informaciji koja je obično prožeta kroz ceo signal, dok visoke frekvencije (male skale) odgovaraju Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 34 detaljnijoj informaciji o signalu, obično o nekoj sakrivenoj strukturi koja traje relativno kratko. Tako idući od velikih skala prema manjim isto je što i zumiranje. Prednost Wavelet transfomacije je u tome što postoji mogućnost da signal predstavi na verodostojniji način, u vremensko-frekventnom domenu tj. u domenu vreme - skala. 4.4 Analiza sopstvenih frekvencija ležaja Ova metoda detekcije oštećenja ležaja zasnovana je na činjenici da svaki konstrukcioni element ima svoju sopstvenu frekvenciju. Prilikom svakog prelaska kotrljajnog elementa preko oštećenja, u mernom signalu pojavljuju se impulsi. Frekvencija tih impulsa uslovljena je lokacijom oštećenja (spoljašna kotrljajna staza, unutrašnja kotrljajna staza, kotrljajni element ili kavez), geometrijom ležaja i brojem obrtaja na kome radi posmatrani ležaj. Sopstvene frekvencije ležaja se mogu izračunati pomoću odgovarajućih obrazaca (4.1). Za njihovu primenu potrebni su podaci o broju obrtaja, broju kotrljajnih elemenata, prečniku kotrljajnih elemenata, podeonom prečniku ležaja i uglu dodira. Slika 4.2 – Geomertija kugličnog ležaja cos1 602 1 cos1 602 1 cos1 602 cos1 602 2 2 d d d d d d d d d d P BN FTF P BN B P BSF P BNz BPFO P BNz BPFI (4.2) P d ß Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 35 BPFI – Frekvencija oštećenja unutrašnje kotrljajne staze BPFO – Frevencija oštećenja spoljne kotrljajne staze BSF – Frevencija oštećenja kotrljajnih tela FTF – Frevencija oštećenja kaveza N – Broj obrtaja (min-1) z – Broj kotrljajnih elemenata Bd – prečnik kotrljajnog elementa Pd – podeoni prečnik ležaja β – ugao kontakta kuglice i staze kotrljanja ( °) Savremeni uređaji i softveri za dijagnostiku stanja ležajeva sadrže gotove baze bodataka za sve tipove ležajeva velikog broja svetskih proizvođača ležajeva. U tom slučaju potrebno je znati tip ležaja koji merimo i proizvođača ležaja. 4.5 Envelopa ubrzanja Otkaz ležaja je uvek praćen pojavom buke, vibracija i povećanjem temperaturature ležaja. Na slici 4.3 prokazano je kućište u kome se nalazi ležaj sa oštećenjem na spoljašnjoj kotrljajnoj stazi. Na kućištu je postavljen akcelerometar koji meri vibracije koje se prenose kroz ležaj i kućište. Prilikom svakog prolaska kotrljajnog elementa preko oštećenja na kotrljajnoj stazi, pojaviće se udar. Intenzitet tih udara je prilično mali u poređenju sa ostalim vibracijama koje su prisutne na ležaju. U zavisnosti od unutrašnje geometrije ležaja i broja kotrljajnih tela pojaviće se od 6 do 10 udara za jedan obrt. Ti mali impulsi izazivaju pobudu strukturne rezonancije ležaja i kućišta. Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 36 Slika 4.3 – Kućište ležaja sa senzorom [12] Vremenski signal koji dobijamo sa senzora (slika 4.4) sastoji se od periodičnih signala visokih frekvencija nastalih udarom kotrljajnih elemenata u oštećenje i niskofrekventnih signala koji su posledica neuravnoteženosti, nesaosnosti ili drugih problema. Frekventni prikaz originalnog signala prikazan je na slici 4.5. Slika 4.4 – Vremenski signal Slika 4.5 – Frekventni signal Na spektru se jasno uočava prvi i drugi harmonik koji su posledica neuravnoteženosti i nesaosnosti. U središnjem delu spektra nalaze se harmonici koji su posledica rezonancije strukturalnih elemenata pobuđenih malim impulsima, dok se u zoni visokih vibracija (desni deo spektra) prisutne vibracije koje potiču od samih udara kotrljajnih tela po oštećenjima. Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 37 Da bi objasnili sam karakter spektra prikazaćemo nekoliko različitih signala (slika 4.6 a – 4.6 e). Slika 4.6 a – Pojedinačni impuls Slika 4.6 b – Serija pojedinačnih impulsa Slika 4.6 c – Tipična prelazna funkcija Slika 4.6 d – Vibracijski signal niske frekvencije Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 38 Slika 4.6 e – Vibracijski signal oštećenog ležaja Oštećenja ležaja ili zubaca zupčanika generišu vibracijski signale vrlo male amplitude i frekvencije veće od radne frekvencije mašine. Standardnim metodama analize signala, signali generisani malim oštećenjima ležajeva i zupčanika teško se prepoznaju, jer su višestruko slabiji od ostalih signala (signal od neuravnoteženosti, nesaosnosti…). Metodologija envelopiranja signala ubrzanja podrazumeva filtriranje nižih frekvencija čime se eliminišu signali koji potiču od neuravnoteženosti, nesaosnosti i drugih mehaničkih problema. Energija signala je na ovaj način umanjena ali je njen karakter nepromenjen. U takvom filtriranom signalu, impulsi se pojavljuju u jednakim vremenskim intervalima, upravo onako kako se odvija fizički proces prelaska kotrljajnih elemenata preko oštećenja. Rezultat se prikazuje u numeričkoj vrednosti izraženoj kroz gE. Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 39 Slika 4.7 – Envelopa ubrzanja [3] U novije vreme ova merna metoda se pokazala kao pouzdan alat za detekciju oštećenja kotrljajnih ležajeva i zubaca zupčastih prenosnika. Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 40 4.6 SEE (Spectral Emitted Energy) SEE je metoda za detekciju otkaza ležajeva i zupčanika u ranoj fazi otkaza. Zasniva se na merenju akustične emisije generisane metalnim kontaktom. Uzroci koji mogu da generišu akustičnu emisiju su: otkaz ležaja, nedovoljna količina maziva, zaprljanost maziva, preopterećenje, mikroklizanje, kavitacija, električni šum itd. Za merenje SEE koriste se specijalni akustični senzori koji registruju ultrazvučne talase opsega 150-500 kHz. SEE predstavlja jednu od najboljih metoda za detekciju oštećenja ležaja, jer može de registruje mikroskopska oštećenja površina. Vibracije koje se generišu pri takvim oštećenjima ne mogu se meriti standardnim metodama vibro-dijagnostike. Istovremenim praćenjem SEE, envelope ubrzanja, temperature i nivoa vibracija stiču se uslovi za pouzdanu analizu i procenu pravog trenutka za preduzimanje korektivnih akcija. Slika 4.8 – SEE (Spectral Emitted Energy) Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 41 4.7 HFD (High Frequency Detection) HFD obezbeđuje rano upozorenje za oštećenje ležaja. Metoda prikazuje numeričku vrednost ukupnih vibracija visokog spektra (5 kHz ÷ 60 kHz), generisanu malim oštećenjima. Zbog širine mernog opsega i karakteristike davača, pri merenju HFD metodom koriste se akcelerometri čija se rezonantna frekvencija nalazi unutar mernog opsega. Karakteristika ove metode je pojačavanje vrlo slabih signala generisanih malim udarima. Izmerene vrednosti izražavaju se u g. 4.8 SPM (Shock Pulse Method) Najkraće rečeno, SPM metoda detektuje razvoj mehaničkih udarnih talasa uzrokovanih sudarom dve mase. U trenutku udara, dolazi do molekularnog kontakta i kompresionog talasa na obe mase. SPM metoda je bazirana na pojavama u materijalu koje se dešavaju u ekstremno kratkom vremenskom periodu neposredno nakon prvog kontakta čestica tela. Molekularni kontakt proizvodi izuzetno veliko ubrzanje čestica u tački udara [5]. Slika 4.9 – Udar kuglice u šipku - impulsni udar [5] Na primeru sa slike 4.9 može se objasniti pojava koji se događa u trenutku udara loptice u šipku. Pre udara, šipka se nalazi u stanju mirovanja dok se kuglica kreće određenom brzinom (v). U trenutku udara površine šipke i kuglice će doživeti spajanje pri brzini jednakoj brzini kuglice. U tački udara pokrenuto je veliko ubrzanje materijala. U toku inicijalne faze kontakta, intenzitet ovog ubrzanja zavisi isključivo od brzine kuglice dok mase kuglice i šipke kao ni spoljne vibracije nemaju uticaja na to. Ubrzanje materijala u tački udara generiše kompresioni talas koji se prostire ultrazvučno u svim pravcima Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 42 kroz šipku. Drugi talas se takođe prostire i kroz kuglicu. Pri tome je merenje intenziteta fronta talasa indirektno merenje brzine udarca (v). Slika 4.10 – Vibracije šipke nakon impulsnog udara U toku druge taze udara (slika 4.10), energija kuglice će saviti šipku što će izazvati vibracije na njoj. Ove vibracije mogu se detektovati analizom vibracija. SPM metoda detektuje i meri intenzitet mehaničkog udara, detektovanjem i merenjem rezultantnog fronta kompresionog talasa. Za ovu vrstu merenja koriste se piezo-električni akcelerometar za merenje mehaničkih udara bez uticaja drugih faktora kao što su pozadinske vibracije i šumovi. Ovaj senzor je mehanički i elektronski podešen tako da je njegova rezonantna frekvencija 32kHz. Kompresioni talas uzrokovan mehaničkim udarima generiše oscilacije u senzoru na njegovoj rezonantnoj frekvenciji. To je prikazano na slici 4.10 kao tranzientni električni signal uzrokovan udarom. Maksimalna amplituda (A) ovih oscilacija direktno je proporcionalna brzini udara (v). Pošto je priroda ovog signala dobro poznata i definisana, signal sa akceleromera može se elektronski filtrirati čime se isključuju svi ostali uticaji i šumovi. Pregled postojećih metoda dijagnostike ležaja Poglavlje 4 43 Slika 4.11 – SPM metodologija detekcija oštećenja ležaja [5] Kontaktna površina ležaja nikada nije idealno glatka. Na njoj su uvek prisutne određene neravnine i nepravilnosti. Pri rotaciji ležaja te neravnine ili oštećenja generišu mehaničke udare, koji dalje proizvode udarne talase. Drugim rečima, ležaj se ponaša kao generator udarnih impulsa. Intenzitet ovih impulsa zavisi od stanja kontaktne površine i obimne brzine ležaja, koja je u funkciji broj obrtaja i dimenzija ležaja. U praksi, pri prolasku ležaja kroz njegove životne faze, od novog ležaja do faze u kojoj su istrošeni svi resursi ležaja i neophodna njegova zamena, intenzitet udarnih impulsa povećava se i do 1000 puta. SPM je metodologija koja omogućuje detekciju oštećenja i njegovu kvantifikaciju što je od velikog značaja za planiranje održavanja. Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 44 5 DETEKCIJA OŠTEĆENJA LEŢAJA U ULTRAZVUČNOM DOMENU 5.1 Vibracije visokih frekvencija - ultrazvuk Generalno gledano, zvuk nastaje vibriranjem tela. U muzičkim instrumentima to se ostvaruje vibriranjem žica, ljudski glas nastaje vibriranjem glasnih žica. U zavisnosti od fizičkih karakteristika tela koje vibrira zavisiće i frekvencija emitovanog zvuka. Po definiciji, ultrazvuk je zvuk čija se frekvencija nalazi iznad gornje granice čujnosti. Ljudsko uvo registruje zvuk čija je frekvencije izmeĎu 20 Hz i 20 kHz. Dakle, za ljudske receptore ultrazvuk je potpuno nečujan. Ukoliko želimo da ga „čujemo“ moramo ga translirati u čujni oblast. Za tu translaciju koriste se odgovarajući instrumenti - ultrazvučni detektori. Ultrazvuk se prostire kroz sve medijume (voda, vazduh, metal...). On se od svog izvora prostire radijalno u svim pravcima (slika 5.1) i na svom putu, energija zvučnog talasa se umanjuje. Pojava je poznata kao slabljenje talasa. Slika 5.1 – Prostiranje zvučnog talasa [6] Zvuk koji se nalazi u zoni čujnosti prostire se dalje i šire od ultrazvuka. Razlog za izuzetnu usmerenost i izrazito slabljenje ultrazvučnog signala je to što je njegova talasna dužina kratka (sl. 5.2). Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 45 Slika 5.2 – Zvučni talas [6] Činjenica da je ultrazvuk veoma usmeren omogućuje jednostavnije lociranje njegovog izvora, odnosno oštećenja na mašini, bez interferencije drugih uticaja, što je izuzetno korisno kod detekcije oštećenja ležaja. U opštem slučaju, vibraciona slika na kućištu ležaja je veoma složena. Pored oštećenja ležaja i lošeg podmazivanja najčešće je prisutan i čitav niz drugih mehaničkih problema koji generišu sopstvene komponente što zajedno daju veoma složenu vibracijsku sliku (slika 5.3). Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 46 Slika 5.3 – Spektar vibracija na kućištu ležaja 5.2 Akustička emisija leţaja Svi ležajevi, ispravni ili oštećeni, novi ili korišćeni, u radu generišu odreĎeni nivo ultrazvuka, kao posledicu kontakta kotrljajnih elemenata i kotrljajnih staza. Ležaj u dobrom stanju će generisati manju akustičku emisiju od oštećenog ležaja. Pored mehaničkog stanja ležaja, na nivo emitovane akustičke emisije utiče i kvalitet maziva. Ležaj sa kvalitetnim podmazivanjem generiše manju emisiju od ležaja sa nedovoljnim ili nekvalitetnim mazivom. Sa smanjenjem viskoznosti maziva i pojavom prvih znakova zamora materijala ležaja, povećava se trenje u ležaju a samim tim i nivo akustičke emisije. Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 47 Detekcija oštećenja ležaja u ultrazvučnom domenu je metoda nadzora ležaja koja se razlikuje od tradicionalnih pristupa detekcije. Ova metoda analizira visokofrekventni deo spektra, frekvencije u opsegu 100 kHz - 500 kHz. Senzori koji se koriste o ovoj tehnici osetljivi su na metalni kontakt koji se pojavljuje pri prelasku kotrljajnog elementa preko kotrljajne staze bez prisustva dovoljnog sloja maziva. U tom slučaju, senzor na izlazu emituje visokofrekventni pulsirajući signal. Povećan signal očitan na ovaj način ukazuje ili na nedovoljnu podmazanost ili na pojavu prvih oštećenja na ležaju. Ukoliko se i nakon podmazivanja ležaja očita povećana vrednost akustičke emisije to je pouzdan pokazatelj prisustva oštećenja. Merenje akustičke emisije (ultrazvuka) i analiza vibracija su veoma slične metodologije koje pružaju potpuno različite informacije. Sa jedne strane, merenje vibracija u nisko frekventnom domenu (brzina vibracija i pomeraj) može da ukaže na prisutnost mehaničkih problema tipa neuravnoteženost, nesaosnost i sl., pri čemu je detekcija oštećenja ležaja moguća tek u njegovoj kasnijoj fazi otkaza, što značajno skraćuje vreme za planiranje zaustavljanja mašine. Sa druge strane, merenje vibracija u visokofrekventnom domenu (merenje akustičke emisije) omogućuje praćenje čitave evolucije ležaja, odreĎivanje optimalnog intervala podmazivanja i količine maziva i detekciju prvih znakova oštećenja ležaja. Merenjem i praćenjem trenda akustičke emisije ležaja moguće je odrediti optimalan interval zamene maziva i predvideti trenutak nastanka prvih oštećenja ležaja. Merenje akustičke emisije i praćenje njenog trenda omogućuje nam sagledavanje čitavog životnog veka ležaja. To nije zamena za analizu vibracija, to je dodatni alat za uspešniju primenu koncepta prediktivnog održavanja. Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 48 5.3 Proces obrade signala Namena mernih pretvarača i sistema je da ostvare funkcionalnu vezu izmeĎu izlazne veličine i merene fizičke veličine. Prenosna funkcija koja daje zavisnost izlazne veličine od merene y=f(x) ujedno je i najvažnija karakteristika mernog sistema ili pretvarača. Poželjno je da ova funkcija bude linearna, nepromenljiva u vremenu i pri promeni stanja okoline i ostalih parametara koji se ne mere direktno. Obično se zadaje opseg svih uticajnih veličina za koje ova zavisnost važi. Na osnovu ove funkcije, tj. njoj inverzne funkcije, i veličine y, može se izračunati merena veličina x. Odstupanja realne vrednosti x od izračunate, na osnovu usvojene funkcije f, ujedno daje i grešku sistema, koja može biti slučajnog ili sistematskog karaktera, osnovna ili dodata itd. Greška se iskazuje preko preciznosti i tačnosti, u relativnom obliku u odnosu na opseg - klasa tačnosti, ili merenu veličinu -relativna greška, može biti prikazana grafički na celom mernom opsegu - kalibraciona kriva, ili na neki drugi način. Prethodno razmatranje se odnosilo pre svega na prenosne karakteristike sistema. Od značaja su takoĎe i ulazne i izlazne karakteristike, a karakteristike se takoĎe mogu podeliti i na statičke (za spore promene merene veličine) i dinamičke (zavisno od brzine promene merene veličine, tj. njenog frekventnog spektra). Ponašanje mernog pretvarača ili sistema, takoĎe se može iskazati kroz karakteristike vezane za pouzdanost i uticaj promena parametara okoline, kroz otpornost na šum i smetnje. Pomenuta funkcija koja daje zavisnost izmeĎu merene i izlazne veličine, bez obzira da li je u pitanju merni pretvarač ili sistem, i da li je izlazna veličina u digitalnom ili analognom obliku, naziva se prenosna funkcija ili amplitudno amplitudna karakteristika. Njen nagib u svakoj tački je statička osetljivost dxdyS / i ona može biti zavisna od ulazne veličine, ili konstantna u celom opsegu, kada se smatra da je karakteristika linearna. Osteljivost se može zadati i u bezdimenzionalnom obliku, tj. x dx y dy S r , što predstavlja relativnu osetljivost. Ako se prenosna funkcija predstavi pravom, maksimalno odstupanje od ove zamišljene prave daje linearnost, koja se najčešće zadaje u procentima u Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 49 odnosu na opseg merenja. Odstupanja prenosne funkcije od idealne se iskazuju i kroz sledeće parametre: pomeraj (drift) nule - pomeranje karakteristike u vertikalnom smeru, tj. postojanje izlaza kada je ulazna veličina jednaka nuli, pri čemu drift može biti u vremenu ili prouzrokovan bilo kojom promenom parametara okoline. Kako drift ima dimenziju merene veličine, jednak je potrebnoj dovedenoj vrednosti merene veličine, da bi izlazna veličina bila jednaka nuli, histerezis - nejednoznačnost karakteristike, tj. različita zavisnost za slučajeve kada se ulazna veličina smanjuje i povećava. Prouzrokovan je apsorbcijom energije od strane mernog pretvarača, može biti usled mehaničkih, magnetnih ili električnih deformacija materijala, mrtvi hod ili prag osetljivosti je maksimalna promena ulazne veličine oko nulte (početne) vrednosti, za koju se ne menja izlazna veličina, rezolucija je takoĎe maksimalna promena merene veličine koja ne izaziva promenu izlazne, ali za razliku od mrtvog hoda ovaj parametar se definiše na celom mernom opsegu, pri čemu ne mora da ima konstantnu vrednost. Ovaj parametar je posebno karakterističan za digitalne merne ureĎaje, dinamički opseg minmax /log XXD pokazuje koliki je maksimalni opseg promena merene veličine pri kom su zadovoljene propisane karakteristike, recimo linearnost prenosne funkcije. Opseg merene veličine se često deli i na pokazni i merni, pri čemu je u mernom opsegu zagarantovana propisana tačnost, dok je pokazni nešto širi i predstavlja opseg u kom merni ureĎaj još uvek regularno obavlja svoju funkciju. U realnim uslovima rada greška je dosta zavisna i od brzine promene merene veličine. Ako se ukupna greška umanji za iznos statičke greške, tj. greške koja postoji i pri sporim promenama merene veličine, dobiće se dinamička greška. Ako pretpostavimo da se merena veličina u nekom trenutku beskonačno brzo promeni na neku novu vrednost, tj. ako je merni sistem pobuĎen Hevisajdovom funkcijom, usled inertnosti mernog sistema greška će Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 50 na početku biti 100%, a kasnije će se smanjivati sve dok indicirana vrednost ne postigne novo ravnotežno stanje koje poseduje samo statičku grešku. Ponašanje senzora, mernih pretvarača i celih sistema može se predstaviti dinamičkom prenosnom funkcijom nultog, prvog, drugog i višeg reda, a dinamičko ponašanje se može predstaviti i amplitudno frekventnom karakteristikom. 5.3.1 Greške u mernom lancu Razmotriće se činioci koji utiču na ukupnu mernu nesigurnost digitalnog akvizicionog sistema. Komponente koje se razmatraju postoje u svim varijantama digitalnih akvizicionih sistema, bez obzira da li je merni lanac delimično ili potpuno integrisan. Greška koja se unosi u digitalni merni sistem primarno je odreĎena greškom kvantizacije po amplitudi i u vremenu. Često se svi ostali uticaji zanemaruju smatrajući da je proizvoĎač obezbedio da sve ostale greške budu manje od jednog kvanta. Ovo nije uvek tačno, pogotovu za različite temperaturne i ostale uslove rada. Po svom uzroku, pojedinačni doprinosi ukupnoj grešci mernog sistema mogu se podeliti na: 1. Greške usled konačne brzine uzorkovanja i konačne rezolucije konverzije 2. Uticaj indukovanih smetnji i nesavršenosti dela za anlagonu obradu signala 3. Greške kola za uzorkovanje i držanje 4. Ostale greške same analogno digitalne konverzije 5. Greške obrade i konverzije podataka u računaru 5.3.2 Uticaj šuma i analogne obrade signala Jedna od najčešćih analognih obrada signala je pojačanje. U akvizicionim sistemima često se koriste pojačavači sa mogućnošću programabilnog podešavanja pojačanja - PGA. U industrijskom okruženju, uz veliko prisustvo smetnji, ako je senzor udaljen od pojačavača, potrebno je dovoditi signal preko diferencijalnog ulaza. Za ovu svrhu koriste se instrumentacioni pojačavači sa velikim faktorom Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 51 potiskivanja zajedničkog napona smetnji, dobrom linearnošću i širokim opsegom promene pojačanja. Vrlo su bitna i dinamička svojstva pojačavača. Gornja granična frekvencija pojačavača definisana je za pad napona od dB3 što je nedopustivo velika greška, pa se koristi mnogo uži frekventni opseg. Ako je a dozvoljena greška pojačanja (npr. a=0.01), a gornja granična frekvencija upotrebljenog pojačavača gf , onda je maksimalna frekvencija ulaznih signala aff g 2 Ostali parametri koji se definišu kod pojačavača su ulazna impedansa, ulazne struje, naponski ofset, temperaturni drift ofseta napona, faktor potiskivanja zajedničkog napona, maksimalna strmina porasta napona, potiskivanje promene napona napajanja i td. Uticaj svih ovih nesavršenosti na tačnost sistema neće biti posebno razmatran. Uticaji šuma mogu se podeliti na one koji su prisutni u samom mernom signalu i na one indukovane u akvizicionom sistemu. Šum superponiran mernom signalu može se smanjiti adekvatnim filtriranjem signala u skladu sa odabranom graničnom frekvencijom korisnog signala i brzinom uzorkovanja. A/D konvertor integracionog tipa u značajnoj meri filtrira serijski šum odreĎenih frekvencija. Što se tiče šuma indukovanog u akvizicionom sistemu, ako je pojačavač na početku lanca, onda je on ujedno i najkritičnija komponenta. Za precizne operacione pojačavače pri niskim frekvencijama, do 10 Hz, doprinos šuma je V10 (od pika do pika), a za više frekvencije daje se u zavisnosti od širine frekventnog opsega, recimo zH nV10 (efektivna vrednost). Za integraciju u inteligentnom senzoru često se biraju CMOS pojačavači, pre svega zbog pogodnosti te tehnologije za realizaciju digitalne kontrolne logike. Oni imaju veliku ulaznu impedansu i mogu se postići velika pojačanja, ali imaju dosta izražen šum u odnosu na bipolarne. Kako je analogno-digitalni konvertor mesto gde se mešaju analogni i vrlo šumni digitalni deo kola, potrebno je što više odvojiti, kako komponente tako i provodnike analognog i digitalnog dela. TakoĎe, mase treba povezati Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 52 samo u jednoj tački niske impedanse, tj. što bliže izvoru, a izmeĎu napajanja integrisanih kola i mase treba vezati kondenzator što bliže samom kolu. U industrijskim uslovima moguće je postojanje indukovanih smetnji vrlo velikih maksimalnih vrednosti, više od 1000 V. Kao zaštita ulaznih kola akvizicionih sistema obično se upotrebljava varistor, koji ima vrlo dobu mogućnost apsorbcije energije impulsa smetnji. 5.3.3 Kolo za uzorkovanje i drţanje Da bi ispravno radili, pojedini tipovi konvertora zahtevaju da se napon ulaznog analognog signalane menja za više od vrednosti koraka kvantizacije. Ako je brzina promene ulaznog signala takva da se za vreme konverzije može promeniti u većem opsegu, neophodna je upotreba kola za držanje i uzorkovanje. Ova funkcija najčešće se realizuje pomoću dva operaciona pojačavača, prekidača i kondezatora, pa su i karakteristike odreĎene osobinama ovih elemenata: ofset i tačnost pojačavača, velika ulazna impedansa, gornja granična frekvencija, struja curenja prekidača i kondenzatora, uticaj temperature i napona napajanja i td. Najveći uticaj na tačnost imaju ofset napona, dielektrična apsorbcija i struja curenja kondenzatora. Kolo za uzorkovanje i držanje radi u dva režima: režim uzorkovanja promene kada se prati ulazni signal, i režim držanja kada treba da se održi konstantnim napon koji je bio u trenutku zadavanja komande. Realni vremenski dijagram promene napona može se sagledati sa slike 5.4. Slika 5.4 - Ulazni i izlazni napon kola za uzorkovanje i držanje Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 53 Da bi kolo počelo da prati ulazni napon moraju se napuniti ulazne kapacitivnosti, a brzina je ograničena i maksimalnom brzinom promene napona na izlazu operacionog pojačavača. Očigledno je da vreme semplovanja tA ne može da bude beskonačno kratko i da je proporcionalno očekivanoj tačnosti. Ako je konvertor sa n bita i ako se pretpostavi daje promena napona ekvivalentna punjenju kondenzatora s vremenskom konstantom onda je 12nA lint . 5.3.4 Izbor rezolucije i brzine uzorkovanja Informacija o merenoj veličini u računaru može se pamtiti samo u vidu konačnog broja uzoraka, koji mogu imati vrednosti iz tačno odreĎenog, konačnog skupa brojeva, pa je očigledno da se pri analogno-digitalnoj konverziji vrši kvantizacija i u vremenu i po nivou. Kako brzina uzorkovanja odreĎuje potrebnu brzinu rada, tj. gornju graničnu frekvenciju svih komponenti lanca A/D konverzije, a broj bitova preciznost tih istih komponenti, izbor ovih parametara je ključna odluka u projektovanju akvizicionog sistema. Ova odluka često odreĎuje i eventualno upotrebljeni mikroprocesor. Broj bita analogno digitalne konverzije direktno je odreĎen maksimalnom dinamikom signala koji se obraĎuje. Ako su emax i emin maksimalne i minimalne apsolutne vrednosti signala, a n broj bita konvertora, onda važi min max2 e en tj. min max 2log e e n pri čemu se uzima prva veća celobrojna vrednost, sa dodatkom jednog bita ako je signal bipolaran. Drugi kriterijum za izbor broja bita je i ukupan šum u sistemu koji često prekriva donju granicu signala. Ako srednja kvadratna vrednost normalizovanog signala amplitude 1 i srednje vrednosti 0.5 iznosi 9 12e , a srednja kvadratna vrednost kvantizacionog šuma 12 2 2 q , pri čemu je nq 2 , onda je odnos signal-šum kvantovanja: 3 22 2 2 ne F , tj. 8,0 63 2 log10 2 10 dBF ndBF n Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 54 U poslednjoj formuli je pretpostavljeno da je ukupan šum u sistemu jednak kvantizacionom šumu, i na osnovu te jednakosti izračunat broj bita konvertora. Uopšteno govoreći broj bita konvertora treba da odgovara nivou ostalih grešaka i smetnji u sistemu, računajući tu i greške usled vremenske, temperaturne i ostale nestabilnosti parametara sistema. Čak i ako je mikroračunarski sistem u ostalom svom delu npr. šesnaestobitni, nema svrhe, zbog kompatibilnosti, birati 16 bita za konverziju, bez odgovarajuće tačnosti ostalih komponenti sistema, jer je broj bita konvertora najčešće obrnuto proporcionalan brzini konverzije. Problem velike dinamike ulaznog signala se, sem povećanjem broja bita, može rešiti upotrebom pojačavača sa podesivim pojačanjem. Ovo je posebno bitno kod brojačkih i integracionih konvertora jer se kod njih vreme konverzije eksponencijalno povećava sa porastom dinamike signala, tj. broja bita konverzije. Frekvenciju uzorkovanja treba prilagoditi brzini promene procesa koji se posmatra. U teoriji je dobro poznata Šenonova teorema koja kaže daje dovoljna frekvencija uzorkovanja dva puta veća od gornje granične frekvencije ulaznog signala, da bi se dati signal obnovio bez ikakvih gubitaka informacije. Ova teorema važi za uzorkovanje beskonačno strmim Dirakovim impulsima i za rekonstrukciju signala pomoću idealnog filtra, što u praksi nije slučaj. Zato se često uzima da je frekvencija uzorkovanja 5 do 10 puta veća od gornje granične frekvencije ulaznog signala. Ova gornja granična frekvencija može se ograničiti analognim filtrom na ulazu. Jedan od kriterijuma izbora frekvencije uzorkovanja je da se posmatrani signal ne promeni za više od jednog kvanta, na intervalu izmeĎu dva uzorkovanja. Ovo je esencijalno bitno za ispravan rad nekih tipova konvertora (konvertor sa sukcesivnom aproksimacijom). MeĎutim, za veću rezoluciju konvertora pokazuje se da gornja granična frekvencija signala ne bi mogla da bude veća od nekoliko Hz, pa se S/H kolo nameće kao neophodno za ove konvertore. Ono ujedno igra i ulogu niskofrekventnog filtra. Sama greška usled uzorkovanja, koja u realnim sistemima definitivno postoji, dosta zavisi i od načina rekonstrukcije signala, (slika 5.5) što je korisno Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 55 razmotriti za slučaj primene D/A konvertora. Ako se signal smatra konstantnim za vreme trajanja jednog uzorka, onda je to metod nultog reda držanja (izlaz iz D/A konvertora bez filtra), i on unosi znatnu grešku. MeĎutim ako se signal samo snima za kasniju (post akvizicionu) obradu, rekonstrukcija se može bolje izvršiti spajanjem središta uzorka (metod prvog reda držanja) ili komplikovanijim digitalnim filtrima višeg reda. Slika 5.5 - Rekonstrukcija signala u vremenu Slika 5.6 - „Aliasing“ akviziranog signala Ako uzorkovani signal, odnosno neka njegova komponenta, ima frekvenciju višu od polovine frekvencije uzorkovanja (manje od dve uzorkovane digitalne vrednosti – tačke po periodi), tada može doći do sasvim pogrešne predstave o digitalizovanom signalu, tj. može se javiti komponenta sa frekvencijom koja ne postoji u posmatranom signalu - "Aliasing" (slika 5.6). Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 56 Pored šuma ovo je još jedan od razloga zašto se obavezno vrši filtriranje ulaznog signala filtrom propusnikom niskih učestanosti. U digitalnim sistemima automatskog upravljanja vreme konverzije i obrade signala javlja se kao čisto transportno kašnjenje što može da bude dosta nepovoljno sa stanovišta stabilnosti sistema. Maksimalna brzina uzorkovanja je ograničena i konfiguracijom mikroračunarskog sistema, tipom povezivanja sa konvertorom, organizacijom softvera itd. Ako se sva potrebna izračunavanja i eventualno upravljanje obavljaju u intervalu izmeĎu dve konverzije kaže se da sistem radi u realnom vremenu. 5.4 Opis instrumenta za merenje ultrazvučne emisije Laboratorijski sistem koji je korišćen za merenje ultrazvučne emisije u detekciji stanja kotrljajnih ležajeva, sastoji se od: Piezoelektričnog davača specijalne konstrukcije i podešene frekventne karakteristike Analognog elektronskog bloka Digitalnog osciloskopa Programa za analizu zapisa U nastavku se nalazi detaljna tehnička specifikacija. Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 57 Piezoelektrični senzor Fizička svojstva piezoelektričnosti i piezootpornosti postala su predmet izučavanja krajem prve polovine ovog veka. Neposredno nakon teorijskih radova usledila su aplikativna istraživanja. U prvom planu početnih eksperimenata bio je fenomen piezoelektričnosti, koji se u teoriji opisuje kao nastavak pojavne električne struje pri mehaničkoj deformaciji odreĎenih materijala. Tokom istih istraživanja uočen je i recipročni efekat, tj. nastanak mehaničkih vibracija usled dejstva električnih impulsa. Na bazi ovog fenomena razvijeni su kvarcni oscilatori, prema kojima su utvrĎeni mnogi standardi u oblasti merenja frekvencije. Zahvaljujući izvanrednim tehničkim karakteristikama, pre svega mehaničkoj stabilnosti i izuzetno širokom i linearnom mernom opsegu, piezoelektrični kristali su veoma brzo postali komercijalno dostupni i praktično nezamenjivi pretvarači pritiska. Iako je zabeleženo mnoštvo piezoelektričnih materijala, u mernoj primeni se nalazi srazmerno mali broj njih, i taj broj je razvrstan u dve osnovne grupe. Prvu čine prirodno polarizovani kristali, i to oni dobijeni iz monolitnih kristala (kvarc, Rochelle so) i oni dobijeni sintetičkim postupkom (litijum sulfat, amonijum dihidrogen fosfat ADP). U drugu grupu spadaju industrijski polarizovane feroelektrične keramike (barijum titanat, olovo cirkonat titanat – PZT, olovo metaniolat), koje meĎusobno imaju vrlo slična mehanička i merna svojstva. Osetljivost većine „prirodnih“ kristala na promenu temperature i vlažnosti usmerila je težište tehničkih primena na sintetički dobijene piezoelektrične keramike. Ovoj inženjerskoj orijentaciji svakako je doprinela i niska proizvodna cena, sasvim slobodan izbor fizičkog oblika i dimenzija, kao i podesiv strujni odziv zavisno od odnosa gradivih komponenti. Nedostaci sintetičkih keramika vezani su za delimičnu promenu karakteristika koju izaziva starenje i moguća depolarizacija usled jakih temperaturnih ili mehaničkih šokova. Zbog toga se samo kod baždarne etalon opreme koristi prirodni kvarc, koga krase izrazita postojanost i merna linearnost, čak i za raspon opterećenja 1:106. Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 58 Proizvodnja feroelektričnih keramika odvija se višestepeno. Početna operacija obuhvata oblikovanje praškaste smeše u željenu formu pod visokim pritiskom, nakon čega sledi sinterovanje na visokoj temperaturi. Zavisno od predviĎene namene, posle sinterovanja može se primeniti i mehanička obrada. Trajna polarizacija pločica postiže se zagrevanjem iznad Kirijeve 1 temperature u jakom električnom polju i postupnim hlaĎenjem u istoj sredini. Pravac polarizacije definiše se saglasno mernoj orijentaciji pločice, dok se parametri samog procesa usklaĎuju sa projektovanim mernim karakteristikama i upotrebljenim sirovinama i aditivima. Jednačine koje opisuju osnovne relacije izmeĎu mehaničkih i električnih svojstava piezoelektričnih elemenata mogu se sažeti u par osnovnih formula koje povezuju sledeće veličine: - tenzor mehaničkog napona2 - tenzor deformacije – vektor električnog pomeranja (električne indukcije) – vektor električnog polja Bilo koja kombinacija jedne mehaničke i jedne električne veličine može se smatrati parom nezavisno promenljivih ulaznih veličina, tako da se preostale dve mogu uvek izraziti kao funkcionalno zavisne. Pokazalo se da je najpogodnije usvojiti i kao nezavisno promenljive, pa zatim smatrajući da je funkcijska veza izmeĎu i linearna, utvrditi osnovnu relaciju piezoelektričnog svojstva kombinovanu sa poznatom jačinom dielektrika, koja povezuje i . Uz pretpostavke da mehaničke promene ukoje nastaju u strukturi piezoelementa ne menjaju električna svojstva 3 i da je električno polje van 1 Temperatura na kojoj dolazi do gubitka magnetičnih svojstava 2 Oznaka tenzora u Euklidovom prostoru 3 Razdvojen uticaj mehaničkih promena na električne karakteristike i električnih promena na mehaničke karakteristike Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 59 piezoelektričnog elementa zanemarljivo, može se pokazati da deformacijom izazvan električni napon ima vrednost [5.1] gde ja statički kapacitet, - pojavno naelektrisanje, raspodela mehaničkog napona u električno nezavisnom elementu i električno polje usled jediničnog napona u mehanički nezavisnom elementu V. Većina piezoelektričnih elemenata izraĎuje se u obliku tanke ploče, čija se debljina u mernom pravcu (O3) može označiti sa w, a kontaktna površina sa A. U tom slučaju jedinično električno polje postaje [5.2] A time jednačina [5.1] dobija sledeći oblik [5.3] Da bi se došlo do egzaktnih izraza kojima se može odrediti izlazni napon (U), odnosno naelektrisanje (Q) na polovima piezoelementa pri zadatoj deformaciji, uvode se sledeće aproksimacije: Pri rešavanju elastičnog problema struktura piezoelementa se smatra izotropnom Iako postoji relativno odstupanje kristalografskih i polarizacionih osa od geometrijskih, smatra se da su svi vektori i njihove komponente usmereni duž geometrijskih osa Usvaja se skraćeno indeksiranje tenzora napona, s obzirom na njegovu simetričnu formu i činjenicu da postoji samo šest nezavisnih komponenti4 Tako se jednačina [5.3] transformiše u konačan aplikativni oblik [5.4], gde je izabrani merni pravac O3 upravan na kontaktnu površinu A 4 Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 60 [5.4] n= 1, 2, …, 6 Slika 5.7 – Karakteristike piezoelktričnih materijala Analiza električnih i mehaničkih svojstava piezokeramike diskaste forme počinje uvoĎenjem odreĎenih pretpostavki. Smatra se da opterećenje koje deluje na merni element, potiče od koncentrisane pritisne sile (F) usmerene u pravcu polarizacije (O3) i da je ravnomerno rasporeĎeno po čitavoj površini (A). Tada sledi da polje napona, u prvoj aproksimaciji, ima formu: [5.5] gde su zanemarena ograničenja, koja inače zavise od načina oslanjanja. Zamenom iz jednačine [5.4], sa dobija se izraz koji definiše intenzitet pojavnog naelektrisanja [5.6] Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 61 Za operativne analize korisno je uvesti još jednu fizičku veličinu koja neposredno ilustruje mernu karakteristiku. To je osetljivost davača na dejstvo sile , što se za izabrani diskasti model izjednačava sa piezoelektričnom konstantom materijala5. [5.7] Statički kapacitet piezoelementa izražen je sledećom jednačinom, [5.8] tako da se naponska osetljivost na silu može definisati kao [5.9] Iz ovog izraza se vidi da geometrijski parametri pločice (w, A) direktno utiču na intenzitet generisanog napona. Tako da porastom debljine elementa (w) raste i odgovarajući naponski nivo. Ovo svakako ne znači da će se zbog primarnog interesa za što intenzivnijim signalom, enormno uvećati debljina pločice (w). Gornja granica te dimenzije limitirana je očekivanim nivoom rezonantne učestanosti mernog elementa [5.10]. [5.10] Osim mogućnosti da se povećanjem debljine piezoelektričnog elementa, poveća njegova osetljivost na silu, to se može postići i nadovezivanjem više pločica. Osetljivost paketa on N paralelno vezanih pločica jednaka je [5.11] što neposredno sledi iz jednačine [5.6], ako se proširi oblast integracije. Jasno je da ova kombinacija ima i N puta nižu kritičnu frekvenciju. Standardni piezoelektrični senzori koji se koriste za merenje vibracija na mašinama, imaju mernu osetljivost 100 mV/g, dok im se rezonantna frekvencija 5 Za kvarc Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 62 nalazi izmeĎu 10 i 20 kHz. Tipičan dijagram standardnog piezoelektričnog senzora prikazan je na slici 5.8a i 5.8b. Slika 5.8a – Temperaturska karakteristika piezo-senzora Slika 5.8b – Frekventna karakteristika piezo-senzora Sa slike 5.8b jasno se vidi da je gornja granica linearnosti ovog senzora u zoni oko 10 kHz. Takva vrsta senzora nije pogodna za detekciju oštećenja ležaja jer se pojave oštećenja registruju na znatno višim frekvencija od kritične frekvencije standardnog senzora. Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 63 To je ujedno i glavni razlog zbog koga smo se odlučili za specijalni (akustički) senzor čiji se radni opseg nalazi u znatno višoj zoni (100 kHz – 500 kHz). Osnovne karakteristike senzora: CMSS 786M Dual Sensor-accelerometer (SKF) Slika 5.9 – Piezoelektrični akustički senzor Osetljivost: 10 mV/g ± 2dB Merni opseg: 100 kHz – 500 kHz Kapacitet: 500 pF Napajanje: 18-30 VDC, 2-10 mA Izlazna impendansa: 100 Ω Temperaturski opseg: -50°C - +120°C Maksimalna vrednost vibracija: 500 g (vršna vrednost) Maksimalna vrednost vibracija pri udaru: 5000 g (vršna vrednost) Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 64 Analogni elektronski blok Piezoelektrični davač ima merni opseg od 100 do 500 kHz. Operativni ultrazvučni domen kreće se od 40 kHz i obuhvata sve do 300 kHz. Optimalni opseg u detekciji ležajeva je 100-250 kHz. Upravo prema ovoj karakteristici uraĎen je prilagoĎeni pojasni filter. Njime se praktično potiskuju svi harmonici ispod 100 kHz i oni iznad 250 kHz. Osim pojasnog filtera analogni blok obezbeĎuje napajanje za akcelerometar i to preko specijalne „Current pump diode“, koja ograničava struju napajanja na 4.3 mA. Po izlazu iz analognog bloka signal se prosleĎuje u digitalni osciloskop (sl. 5.10), koji beleži vremenski signal sa definisanom gustinom zapisa. Detaljna analiza ultrazvučne i emisije izvodi se „post event“, tako što se detektuju značajni harmonici i potom komparira njihova amplituda i frekvencija sa referentnim vrednostima. Na osnovu slike snimljenog signala u ultrazvučnom domenu zaključuje se o stepenu oštećenja ispitivanog ležaja. Slika 5.10 – Blok dijagrama elektronskog bloka Slika 5.11 – Izgled analognog elektronskog bloka PASIVNI HP ULAZNI FILTER POJACIVAC BAFER AKTIVNI LP FILTER OSCILOSKOP PIEZO SENZOR Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 65 Digitalni osciloskop DSO2250 USB Slika 5.12 – Digitalni osciloskop Tehničke karakteristike: Broj kanala: 2 Max. sampling rate: 250 MS/s jedan kanal ili 125 MS/s za oba kanala Vertikalna rezolucija: 8 bit/kanalu Opseg: 8 div Ofset: ±4 div Impendansa: 1 MΩ DC tačnost: ± 3% Način prikaza: Y-T, X-Y Akustička emisija ležaja Poglavlje 5 66 5.5 Kriterijumi za ocenu stanja leţaja merenjem ultrazvučne emisije Postavljanje generalnog kriterijuma za ocenu stanja ležajeva na osnovu ultrazvučne emisije je previše ambiciozan zahtev. Ono što je realno je uspostavljanje niza kriterijuma za različite tipove i dimenzije ležajeva, pri čemu će globalna zakonitost biti ista i zasnivaće se na logaritamskoj vrednosti relativnog odnosa energetske emisije ispravnog (referentnog) ležaja i onoga koji se ispituje, jednačina [5.12]. [5.12] gde je Konstanta koja postoji u jednačini zavisi od tipa ležaja i translira izlaznu vrednost iz jednačine [5.12] u odgovarajući referentni domen; zeleno – dobro, žuto – zadovoljavajuće, crveno – neprihvatljivo. Vrednosti koje daje jednačina [5.12] su realne i predstavljaju prepoznatljiv indikator višestruko uvećanog šuma kod oštećenog ležaja. Eksperimentalni rad Poglavlje 6 67 6 EKSPERIMENTALNI RAD – ISPITIVANJE LEŢAJA 6.1 Konstruisanje probnog stola za ispitivanje leţaja Osnovni zahtev koji je postavljen pri projektovanja uređaja za ispitivanje je da se na njemu mogu simulirati opterećenja koja su bliska realnim opterećenjima u toku eksploatacije. Osnovni delovi uređaja su: 1. Osnovna ploča 2. Pogonski el. motor 3. Kaišnici 4. Zupčasti kaiš 5. Vratilo 6. Kućište ležaja 7. Ležaj 1 (ležaj koji se ispituje) 8. Kućište kliznog ležaja 9. Klizni ležaj 10. Zatezač 11. Frekventni regulator Slika 6.1 – Crtež ispitnog stola Eksperimentalni rad Poglavlje 6 68 Slika 6.2 – Trodimenzionalni prikaz ispitnog stola Slika 6.3 – Izgled ispitnog stola Eksperimentalni rad Poglavlje 6 69 Uređaj je tako konstruisan da se na njemu mogu simulirati: Radijalno opterećenje Zakošenje ležaja Prednaprezanje unutrašnjeg prstena (smanjenje unutrašnjeg zazora) Radijalno opterećenje ležaja se ostvaruje pomoću posebnog zatezača i sistema kliznih vođica. Pomoću njih je omogućeno pravolinijsko pomeranje el. motora tokom zatezanja, čime se ispunjava uslov paralelnosti osa el. motora i osovine ležaja. Da bi se izvela simulacija zakošenja ležaja, drugi oslonac osovine je pomerljiv. Pravac pomeranja je upravan na osu, čime je moguće zakositi osovinu u odnosu na ležaj (slika 6.4). Da bi se eliminisali okolni šumovi tokom merenja, drugo ležište osovine je klizno (slika 6.5). Slika 6.4 – Mogućnost pomeranja kliznog ležišta Eksperimentalni rad Poglavlje 6 70 Slika 6.5 – Poprečni presek kliznog ležišta Pošto se ispitivanja izvode nad više ležajeva, neophodna je konstrukcija koja omogućuje jednostavnu i brzu montažu i demontažu. Taj zahtev je ostvaren izradom dvodelnog kućišta (slika 6.6). Odvrtanjem vijaka na kućištu omogućeno je brzo oslobađanje spoljnjeg prstena ležaja. Eksperimentalni rad Poglavlje 6 71 Slika 6.6 – Konstrukcija kućišta ležaja Veza unutrašnjeg prstena ležaja i osovine ostvaruje se preko specijalno projektovane rasečene osovine sa konusom (slika 6.6). Ovakvo rešenje omogućuje jednostavnu montažu i demontažu ležaja na osovinu, a sa druge strane, kontrolisanim pritezanjem čeonog vijka generiše se sila koja se preko konusa prenosi na unutrašnji prsten ležaja. Na ovaj način moguće je ostvariti naprezanje unutrašnjeg prstena i smanjenje zazora u ležaju. Eksperimentalni rad Poglavlje 6 72 Slika 6.7 – Veza ležaja i osovine 6.2 Opis merenja i definisanje procedura merenja Osnovu eksperimenta čini uporedna analiza četiri metode detekcije oštećenja ležaja: Spektralna analiza Envelopa ubrzanja (SKF metoda) SPM (Shock Pulse Method) Merenje ultrazvučne emisije Eksperimentalni rad Poglavlje 6 73 Za ispitivanje su upotrebljeni ležajevi koji su korišćeni na rolnama transportnih traka površinskog kopa Kostolac, različitog stepena oštećenja. Svi su istog tipa (6306), različitih proizvođača. Pošto se nad ležajevima izvode uporedna ispitivanja, potrebno je obezbediti približno jednake radne uslove za sva merenja. Kako se sila zatezanja i paralelnost osa ne menjaju tokom merenja, jedini parametar koji je promenljiv je temperatura ležaja i maziva. Zbog toga je potrebno pratiti i temperaturu ležaja. Nakon pokretanja el. motora merena je temperatura ležaja i praćen njen trend. Za početak merenja je izabran trenutak u kome je temperatura postala stabilna. Pre početka merenja svi ležajevi su numerisani (slika 6.8). Slika 6.8 – Numeracija ležajeva Nakon završenih merenja, zamenjen je ležaj i ponovljena opisana procedura. Eksperimentalni rad Poglavlje 6 74 6.3 Merni instrumenti Za ispitivanja ležajeva korišćeni su sledeći merni instrumenti: Microlog CMVA 60 (SKF, Švedska) SPM 43A (SPM – Švedska) Ispitni sto 6.3.1 Microlog CMVA 60 (SKF – Švedska) Microlog CMVA 60 je višenamensi analizator data kolektor. Pomoću ovog uređaja merene su ukupne vibracije (spektralna analiza) i envelopa ubrzanja. Slika 6.9 – Microlog CMVA 60, SKF (Vibroanalizator, data kolektor) Eksperimentalni rad Poglavlje 6 75 Osnovni tehnički podaci Ulazni senzori: akcelerometar, induktivni davač, beskontaktna sonda SEE senzor AC/DC senzor („amper klješta“) senzor pritiska senzor temperature tahometar Merenja: Merni opseg: 0.5 Hz ÷ 20 kHz FFT analiza min. frekvencija: 0 Hz max. frekvencija: 20 kHz rezolucija: 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400 linija Programske funkcije: Hanning, Uniform, Flat Top Prikaz rezultata: FFT Vremenski domen Dual (FFT i Vremenski domen) Napajanje: 7.2V 3.8 Ah (NiMH) Aplikacije: Uravnotež. rotora u jednoj ravni Uravnotež. rotora u dve ravni Merenje vektora vibracija (amplituda i faza) Analiza strujnih parametara el. motora Modalna analiza Merenje vibracija u prelaznim režimima (Run up/Coast down) Stepen zaštite: IP65 Dimenzije: 200x267x64 mm Masa: 2.3 kg Radni uslovi: Temperatura: -20°C ÷ +60°C Rel. Vlažnost vazd.: 5 ÷95 % Komunikacioni port: RS-232 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 76 6.3.2 Shock Pulse Meter 43A (SPM – Švedska) SPM 43A je uređaj za procenu stanja ležajeva (sl. 6.9) istoimenog švedskog proizvođača. Sami principi na kojima je zasnovana ova metoda opisani su u poglavlju 4.8. Slika 6.10 – SPM 43A Uređaj se sastoji od: Centralne jedinice Senzora Slušalica Kao i kod prethodne metode, parametri koji se unose u uređaj su prečnik vratila i radna brzina. Pošto je uređaj analognog tipa, unos parametara se izvodi mehanički, kružnim pomeranjem dva diska do odgovarajuću poziciju. Za ispitivane ležajeve prečnik unutrašnjeg otvora iznosi 30 mm. Broj obrtaja osovine može se podešavati pomoću frekventnog regulatora a tokom merenja on je iznosio n=1500 o/min. U našem primeru, za d=30 mm i n=1500 o/min ispravno podešen uređaj je prikazan na slici 6.11. Eksperimentalni rad Poglavlje 6 77 Slika 6.11 – Podešavanje uređaja SPM 43A Procedura merenja se izvodi tako što se senzor uređaja nasloni na kućište ležaja, a zatim spoljni disk uređaja pomera do trenutka pojave prvih zvučnih signala u slušalicama. Daljim pomeranjem diska zvuk se pojačava. Pozicija diska u kome se pojavljuju prvi zvučni signali je reperna pozicija za procenu stanja (slika 6.12). Slika 6.12 – Ocena stanja ležaja pomoću SPM 43A Eksperimentalni rad Poglavlje 6 78 6.4 Kriterijumi za ocenu stanja leţaja 6.4.1 Spektralna analiza Standard ISO 10816 je osnovni dokument koji uspostavlja opšte smernice za merenje i procenu mehaničkih vibracija, izmerenih na nerotirajućim delovima mašina (kućišta ležaja). Standard definiše procedure tokom merenja, merni opseg, radna stanja opreme tokom merenja, izbor mernih tačaka i kriterijume za procenu stanja opreme. Kriterijum za procenu prihvatljivosti vibracija je tablična definicija kvalitativnog stanja (odlično, prihvatljivo, uslovno prihvatljivo, neprihvatljivo), za različite klase mašina. Kvalitativne oblasti vibracija su definisane kao: Oblast A Potpuno nove mašine Oblast B Prihvatljivo stanje za duži vremenski period Oblast C Uslovno prihvatljivo stanje, uslovi pod kojima mašina može da funkcioniše određeno vreme, nakon čega je neophodna sanacija povećanih vibracija Oblast D Neprihvatljivo stanje. Postoji mogućnost oštećenja mašine U okviru standarda ISO 10816 nalaze se i Aneksi A, B, C, D, E i F. Klasifikacija mašina data je u Aneksu B. Aneks B (Kriterijum procene vibracija za određene grupe mašina) Klasa I – Male mašine (elektromotor do 15 kW) Klasa II – Mašine srednje veličine bez posebnog fundamenta (tipično elektromotori od 15 kW do 75 kW) kao i mašine vezane za fundament (do 300 kW) Klasa III – Velike mašine oslonjene na čvrstu podlogu sa znatnom krutošću u pravcu merenja vibracija Klasa IV – Velike mašine oslonjene na čvrstu podlogu sa mogućnošću pomeranja u pravcu merenja vibracija (turbogeneratorsko postrojenje sa snagom preko 10 MW). Eksperimentalni rad Poglavlje 6 79 VRMS (mm/s) Klasa I Klasa II Klasa III Klasa IV 0.28 A A A A 0.45 0.71 1.12 B 1.8 B 2.8 C B 4.5 C B 7.1 D C 11.2 D C 18 D 28 D 45 Slika 6.13 – Granice za procenu kvaliteta prema ISO10816 6.4.2 Envelopa ubrzanja Za merenje Envelope ubrzanja korišćen je Microlog CMVA 60 – SKF (slika 6.9). Pre samog merenja potrebno je podesiti uređaj unosom sledećih parametara: Tip merenja: Env acc (Enveloped acceleration) Broj linija (rezolucija): 800 Detekcija: Pk to Pk (Peak to Peak) Odsecanje niskih frekvencija: 0 ili 0.5% max. frekvencije Env filter: prema tabeli T 6.1 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 80 Tabela 6.1 – Izbor filtera pri merenju Envelope ubrzanja Slika 6.14 - Blok dijagram envelope ubrzanja [7] Za ocenu stanja ležaja merenjem envelope ubrzanja potrebno je odrediti dva parametra: prečnik vratila i broj obrtaja ležaja. Za ispitivane ležajeve prečnik unutrašnjeg otvora iznosi 30 mm. Broj obrtaja osovine može se podešavati pomoću frekventnog regulatora a tokom merenja on je iznosio n=1500 o/min. Na osnovu tih ulaznih parametra i tabele 6.2, mogu se odrediti granice za ocenu stanja ležaja i one su prikazane u tabeli 6.3. Filter Frekventni opseg Opseg brzine Opseg analize 1 5 – 100 Hz 0 – 50 o/min 0 – 10 Hz 2 50 – 1 000 Hz 25 – 500 o/min 0 – 100 Hz 3 500 – 10 000 Hz 250 – 5 000 o/min 0 – 1 000 Hz 4 5 000 – 40 000 Hz 2 500 – o/min 0 – 10 000 Hz Eksperimentalni rad Poglavlje 6 81 Tabela 6.2 – Kriterijumi za procenu stanja merenjem Envelope ubrzanja [7] Tabela 6.3 – Granice za ocenu stanja ležaja merenjem Envelope ubrzanja Envelopa ubrzanja [gE] Stanje ležaja Env acc < 0.75 Dobro 0.75 < Env acc < 2 Zadovoljavajuće 2 < Env acc < 4 Nezadovoljavajuće (upozorenje) Env acc > 4 Neprihvatljivo (opasno) Eksperimentalni rad Poglavlje 6 82 6.4.3 Shock Pulse Meter 43A, SPM - Švedska SPM metod meri napon generisan u senzoru i beleži njegovu maksimalnu vrednost Vmax. Zatim, Vmax konvertuje u dBSV što predstavlja apsolutnu vrednost akustičke emisije, koja se određuje prema obrascu: [6.1] gde je Vref referentni napon i iznosi 100 mV [5]. Kako vrednost apsolutne akustičke emisije (dBSV) zavisi od stanja ležaja, broja obrtaja mašine i prečnika unutrašnjeg otvora ležaja, njena vrednost ne može biti osnova za procenu stanja. Zbog toga se uvodi novi parametar dBi - Inicijalna akustička emisija koji je u funkciji broja obrtaja i prečnika vratila. Parametar koji se koristi za procenu stanja ležaja je dBn - Normalizovana akustička emisija i on se dobija kao razlika apsolutne i inicijalne vrednosti akustičke emisije (slika 6.15). [6.2] Slika 6.15 – Akustička emisija ležaja po SPM metodi [5] Eksperimentalni rad Poglavlje 6 83 Na osnovu brojnih ispitivanja utvrđeni su kriterijumi za ocenu stanja i oni su prikazani u tabeli 6.4. Tabela 6.4 – Granice za ocenu stanja ležaja SPM metodom dBN Stanje ležaja 0 – 20 Dobro 20 – 35 Zadovoljavajuće 35 – 60 Neprihvatljivo Iz primera sa slike 6.12 vidi se da je u trenutku pojave prvih zvučnih signala u slušalicama, reperna oznaka bila na poziciji 23 dB što odgovara zadovoljavajućem stanju ležaja. 6.4.4 Detekcija u ultrazvučnom domenu Parametar koji se koristi za procenu stanja ležaja po metodi merenja ultrazvučne emisije je BC (Bearing Condition). Na osnovu ispitivanja sprovedenih nad ležajevima različitog stepena oštećenja, utvrđeni su kriterijumi za ocenu stanja i oni su prikazani u tabeli 6.5. Tabela 6.5 – Granice za ocenu stanja ležaja merenjem ultrazvučne emisije UZem Stanje ležaja 0 – 7.5 Dobro 7.5 – 18 Zadovoljavajuće > 18 Neprihvatljivo Eksperimentalni rad Poglavlje 6 84 6.5 Prikaz rezultata ispitivanja 6.5.1 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 1 6.5.1.1 Spektar vibracija Slika 6.16 – Spektar vibracija na ležaju broj 1 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 85 6.5.1.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.17 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 1 6.5.1.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=27 dB 6.5.1.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.18 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 1 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 5.4 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 86 6.5.2 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 2 6.5.2.1 Spektar vibracija Slika 6.19 – Spektar vibracija na ležaju broj 2 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 87 6.5.2.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.20 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 2 6.5.2.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=60 dB 6.5.2.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.21 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 2 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 30 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 88 6.5.3 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 3 6.5.3.1 Spektar vibracija Slika 6.22 – Spektar vibracija na ležaju broj 3 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 89 6.5.3.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.23 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 3 6.5.3.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=35 dB 6.5.3.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.24 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 3 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 17.7 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 90 6.5.4 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 4 6.5.4.1 Spektar vibracija Slika 6.25 – Spektar vibracija na ležaju broj 4 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 91 6.5.4.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.26 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 4 6.5.4.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=22 dB 6.5.4.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.27 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 4 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 7.2 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 92 6.5.5 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 5 6.5.5.1 Spektar vibracija Slika 6.28 – Spektar vibracija na ležaju broj 5 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 93 6.5.5.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.29 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 5 6.5.5.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=27 dB 6.5.5.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.30 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 5 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 8.1 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 94 6.5.6 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 6 6.5.6.1 Spektar vibracija Slika 6.31 – Spektar vibracija na ležaju broj 6 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 95 6.5.6.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.32 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 6 6.5.6.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=10 dB 6.5.6.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.33 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 6 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 5.7 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 96 6.5.7 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 7 6.5.7.1 Spektar vibracija Slika 6.34 – Spektar vibracija na ležaju broj 7 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 97 6.5.7.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.35 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 7 6.5.7.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=20 dB 6.5.7.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.36 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 7 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 6.2 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 98 6.5.8 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 8 6.5.8.1 Spektar vibracija Slika 6.37 – Spektar vibracija na ležaju broj 8 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 99 6.5.8.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.38 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 8 6.5.8.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=22 dB 6.5.8.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.39 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 8 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 5.7 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 100 6.5.9 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 9 6.5.9.1 Spektar vibracija Slika 6.40 – Spektar vibracija na ležaju broj 9 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 101 6.5.9.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.41 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 9 6.5.9.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=14 dB 6.5.9.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.42 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 9 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 4.5 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 102 6.5.10 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 10 6.5.10.1 Spektar vibracija Slika 6.43 – Spektar vibracija na ležaju broj 10 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 103 6.5.10.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.44 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 10 6.5.10.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=28 dB 6.5.10.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.45 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 10 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 10.9 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 104 6.5.11 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 11 6.5.11.1 Spektar vibracija Slika 6.46 – Spektar vibracija na ležaju broj 11 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 105 6.5.11.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.47 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 11 6.5.11.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=25 dB 6.5.11.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.48 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 11 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 10.3 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 106 6.5.12 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 12 6.5.12.1 Spektar vibracija Slika 6.49 – Spektar vibracija na ležaju broj 12 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 107 6.5.12.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.50 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 12 6.5.12.3 1SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=14 dB 6.5.12.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.51 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 12 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 4.8 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 108 6.5.13 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 13 6.5.13.1 Spektar vibracija Slika 6.52 – Spektar vibracija na ležaju broj 13 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 109 6.5.13.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.53 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 13 6.5.13.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=25 dB 6.5.13.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.54 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 13 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 11.7 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 110 6.5.14 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 14 6.5.14.1 Spektar vibracija Slika 6.55 – Spektar vibracija na ležaju broj 14 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 111 6.5.14.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.56 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 14 6.5.14.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=20 dB 6.5.14.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.57 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 14 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 7.6 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 112 6.5.15 Rezultati ispitivanja na leţaju br. 15 6.5.15.1 Spektar vibracija Slika 6.58 – Spektar vibracija na ležaju broj 15 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 113 6.5.15.2 Envelopa ubrzanja (gENV) Slika 6.59 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 15 6.5.15.3 SPM metoda Vrednost normalizovane emisije po SPM metodi iznosi: dBN=14 dB 6.5.15.4 Ultrazvučna detekcija Slika 6.60 – Ultrazvučna emisija na ležaju broj 15 Vrednost ultrazvučne emisije iznosi: UZem = 5.2 Eksperimentalni rad Poglavlje 6 114 6.6 Analiza rezultata ispitivanja U tabeli T 6.6 prikazani su zbirni rezultati sa ocenom stanja za četiri različite merne tehnike. Broj ležaja Merna metoda Očitana vrednost Kriterijum za ocenu stanja Ocena stanja 1 S p e k ta r v ib ra c ija 1.6 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Dobro E n v e lo p a u b rz a n ja 0.6 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Dobro S P M 12 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Dobro U Z e m 5.4 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro 2 S p e k ta r v ib ra c ija 7.9 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Neprihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 12 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Neprihvatljivo S P M 60 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Neprihvatljivo U Z e m 30 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Neprihvatljivo Eksperimentalni rad Poglavlje 6 115 3 S p e k ta r v ib ra c ija 5.6 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Neprihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 5.0 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Neprihvatljivo S P M 35 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Neprihvatljivo U Z e m 17.7 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće/ neprihvatljivo 4 S p e k ta r v ib ra c ija 2.2 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 1.2 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Zadovoljavajuće S P M 22 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće U Z e m 7.2 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro/ zadovoljavajuće 5 S p e k ta r v ib ra c ija 1.9 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 0.5 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Dobro Eksperimentalni rad Poglavlje 6 116 S P M 27 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće U Z e m 8.1 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće 6 S p e k ta r v ib ra c ija 1.9 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 0.6 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Dobro S P M 10 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Dobro U Z e m 5.7 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro 7 S p e k ta r v ib ra c ija 2.6 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 0.7 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Dobro S P M 20 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Dobro Eksperimentalni rad Poglavlje 6 117 U Z e m 6.2 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro 8 S p e k ta r v ib ra c ija 2.2 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 1.6 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Zadovoljavajuće S P M 22 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće U Z e m 5.7 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro 9 S p e k ta r v ib ra c ija 2.2 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 0.5 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Dobro S P M 14 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Dobro U Z e m 4.5 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro 10 S p e k t a r v ib ra c i ja 2.9 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo Uslovno prihvatljivo Eksperimentalni rad Poglavlje 6 118 >4.5 mm/s – neprihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 4.3 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Neprihvatljivo S P M 28 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće U Z e m 10.9 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće 11 S p e k ta r v ib ra c ija 2.4 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 2 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Zadovoljavajuće S P M 25 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće U Z e m 10.3 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće 12 S p e k ta r v ib ra c ija 1.9 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Dobro E n v e lo p a u b rz a n ja 0.6 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Dobro Eksperimentalni rad Poglavlje 6 119 S P M 14 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Dobro U Z e m 4.8 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro 13 S p e k ta r v ib ra c ija 2.3 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo E n v e lo p a u b rz a n ja 2.5 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Nezadovoljavajuće S P M 25 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće U Z e m 11.7 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Zadovoljavajuće 14 S p e k ta r v ib ra c ija 1.9 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Dobro E n v e lo p a u b rz a n ja 0.8 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Dobro S P M 20 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Dobro U Z e m 7.6 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro/ zadovoljavajuće 15 S p e k ta r v ib ra c ija 2.1 mm/s < 0.7 mm/s – nove mašine 0.7÷1.8 mm/s – dobro 1.8÷4.5 – uslovno prihvatljivo >4.5 mm/s – neprihvatljivo Uslovno prihvatljivo Eksperimentalni rad Poglavlje 6 120 E n v e lo p a u b rz a n ja 0.8 gENV < 0.75 mm/s – dobro 0.75÷2 mm/s – zadovoljavajuće 2÷4 – nezadovoljavajuće >4 mm/s – neprihvatljivo Dobro S P M 14 dB 0÷20 – dobro 20÷35 – zadovoljavajuće 35÷60 – neprihvatljivo Dobro B C 5.2 0÷7.5 – dobro 7.5÷18 – zadovoljavajuće >18 – neprihvatljivo Dobro T 6.6 – Analiza rezultata ispitivanja Zaključak Poglavlje 7 121 7. ZAKLJUČAK U doktorskoj disertaciji pod nazivom „Dijagnostika kotrljajnih ležajeva u ultrazvučnom domenu“ postavljena je originalna metodologija detekcije oštećenja kotrljajnih ležajeva u ultrazvučnom domenu. Razvijen je primenjiv model i prototipsko rešenje elektronskog bloka za kondicioniranje izvornih signala. Formulacija kriterijuma kvaliteta izvedena je na jednostavan način što govori o suštinskom sagledavanju i diferenciranju disipirane energije usled nastalog oštećenja, kako u ranoj tako i u odmakloj pojavnoj fazi. Sve ovo govori o aktuelnosti i primenjivosti rezultata disertacije sa aspekta realnih industrijskih potreba. Na osnovu jasno formulisane metode može se uraditi komercijalna aplikacija i implementirati u dijagnostičku opremu za vibrodijagnostiku i detekciju ležajeva. Takođe moguće je napraviti tehničko rešenje namenskog tipa koje će biti razumljivo za korisnike sa elementarnim tehničkim znanjem. Glavne aktivnosti u toku razvoja metode bile su izvođenje laboratorijskih ispitivanja kotrljajnih ležajeva različitog stepena oštećenja, kao i ispitivanja u realnim uslovima, korišćenjem digitalnog zapisa vibro-akustičkog spektra. Laboratorijska ispitivanja su obuhvatila ispitivanje ležajeva u različitim režimima rada, pri čemu je rađen digitalni zapis emitovanog akustičkog signala. Signal je analiziran u vremenskom i frekventnom domenu i pronađen je optimalni frekventni raspon koji u potpunosti odslikava stanje kotrljajnog ležaja. Zahvaljujući paralelnim merenjima sa odgovarajućom opremom svetskih proizvođača, mogla je da se izvrši validna komparacija i da se podese neophodni parametri za harmonizovanu evaluaciju stanja ležaja. Tokom istraživanja primenjene su savremene hardverske strukture i savremeni softverski paketi, kao referentna platforma, a paralelno je razvijena i inovativna metoda i sistem za određivanje veka trajanja kotrljajnih ležajeva koja je zasnovana na korišćenju savremenih tehnologija. Zaključak Poglavlje 7 122 Ostvareni naučni doprinos, nastao kao rezultat istraživanja u okviru doktorske disertacije ogleda se kroz smanjenje direktnih i indirektnih troškova održavanja industrijskih sistema i povećanja efikasnosti, što se ostvaruje kroz: Jednostavno lociranje problema, zahvaljujući visokoj usmerenosti ultrazvučnih talasa. Diferencirano prepoznavanje uzroka oštećenja Omogućena je rana detekcija i rano upozorenje Metoda ispitivanja je nedestruktivna, ne postoje nepovoljni uticaji na komponente tokom njene primene Procenu preostalih resursa ležaja Plansku zamenu kotrljajnih ležajeva Sprečavanju havarija usled istrošenosti ležajeva Otvaranje mogućnosti ulazne kontrole kvaliteta ležajeva Istraživanja, naučni postupci i dobijeni rezultati mogu se uobličiti u komercijalnu, industrijski primenjivu metodu za određivanje trenutnog stanja i veka trajanja kotrljajnih ležajeva Trenutno na svetskom tržištu postoje metode i komercijalni programski paketi koji svojim performansama pokrivaju i ovaj segment, ali su zbog opštosti sveobuhvatnosti i visoko postavljenih zahteva primene potpuno nedostupni domaćem tržištu. Razvojem nove metode detekcije oštećenja kotrljajnih ležajeva stvaraju se uslovi za precizniju procenu stanja ležaja ultrazvučnom dijagnostikom. Time se unapređuje i pojednostavljuje tehnologija održavanja rotacione opreme, što smanjuje postojeće troškove usled zastoja i omogućuje pravovremenu intervenciju. Time se ujedno i povećava pouzdanost rada ključnih energetskih sistema termo-elektrana, toplana, vodovodne infrastrukture i drugih energetskih postrojenja u rafinerijama i procesnoj industriji. Razvijena metoda otvara nove mogućnosti za kreiranje pratećeg softverskog rešenja koje bi bilo konkurentno postojećim svetskim paketima za dijagnostiku, a po ceni znatno pristupačnijoj domaćem tržištu. Zaključak Poglavlje 7 123 Doktorska disertacija predstavlja savremen i značajan naučni doprinos kojim je omogućeno praćenje stanja kotrljajnih ležajeva na rotacionim mašinama, brza i efikasna procena stanja i otkrivanje ranih oštećenja čime se postiže optimalno iskorišćenje kapaciteta svakog ležaja i produžava radni vek mašine, uz adekvatno smanjenje materijalnih troškova. 124 8. LITERATURA 1. Rolling Bearing Analysis, Tedric A. Harris, John Wiley & Sons, INC., 4th edition 2001 2. Fundamentals of Fluid Film Lubrication, Bernard J. Hamrock, Steven R. Schmid, BoO. Jacobson, Marcel Dekker INC, Second Edition 2004 3. SKF Priručnik za održavanje kotrljajnih ležajeva, SKF 1998 4. Bearing failures and their causes, SKF – Product information 401 5. The Shock Pulse Method for Determining the Condition of Anti- Friction Bearing, SPM TEC-101 6. Acoustic Vibration Monitoring, Lubrication Excellence 2003 Conference Proceedings, Allan Rienstra and James Hall - SDT North America 7. Enveloping for Bearing Analysis, Robert M. Jones, SKF Condition Monitoring, San Diego, California 8. Acoustic Vibration Monitoring, Allan Rienstra, James Hall, SDT North America 9. An Introduction to Noise Measurement, Stuart Courtney, January 2004, SKF Reliability Systems, San Diego, CA 10. New Advances in Ultrasonic condition Monitoring, Alan Bandes, UE Systems, Inc. 11. Applying Acoustic Vibration Monitoring to Predictive Maintenance, Allan Rienstra, James Hall, SDT North America 12. Enveloping for Bearing Analysis, Robert M. Jones, SKF Condition Monitoring, San Diego, CA 13. Istraživanje nelinearne merne karakteristike rama izotropne krutosti, prof. dr Aleksandar Veg, doktorska disertacija, Beograd 1992. Biografija Ime i Prezime: Goran Šiniković Datum rođenja: 25.01.1973. Mesto rođenja: Mostar, Bosna i Hercegovina Porodično stanje: Oženjen, dvoje dece Školovanje: 1979. – 1987. Osnovna škola u Konjicu, BiH 1987. – 1991. Matematička gimnazija u Konjicu, BiH 1991. – 1992. Studije na Mašinskom fakultetu u Sarajevu, BiH 1992. – 1993. Studije na Mašinskom fakultetu u Kragujevcu 1993. – 1999. Studije na Mašinskom fakultetu u Beogradu odsek Motorna vozila 26.01.1999. Odbranjen diplomski rad 04.05.2006. Odbranjen magistarski rad Kretanje u poslu: Od 1999. Mašinski fakultet u Beogradu, Katedra za teoriju mašina i mehanizama LISTA SIMBOLA – signal T – period usrednjavanja N – broj semplova za usrednjavanje FFT – Brza Furijeova transformacija (Fast Fourier Transform) STFT – Kratko-vremenska Furijeova transformacija (Short-Time Fourier Transform) BPFI – Frekvencija oštećenja unutrašnje kotrljajne staze BPFO – Frevencija oštećenja spoljne kotrljajne staze BSF – Frevencija oštećenja kotrljajnih tela FTF – Frevencija oštećenja kaveza N – Broj obrtaja (min-1) z – Broj kotrljajnih elemenata Bd – prečnik kotrljajnog elementa Pd – podeoni prečnik ležaja β – ugao kontakta kuglice i staze kotrljanja ( °) Hz – Herc (frekvencija) – Ugaona brzina rad/s RMS – Srednji kvadratni koren a – ubrzanje m/s2 , g v – brzina m/s s – pomeraj m/s o – p – amplituda izražena od nulte vrednosti do maksimalne vrednosti p – p – amplituda izražena od minimalne do maksimalne vrednosti LISTA SLIKA Slika 2.1 – Evolucija kotrljajnih ležajeva Slika 2.2 – Da Vinčijev koncept kotrljajnog ležaja Slika 2.3 – Konstrikcija kotrljajnog ležaja Slika 2.4 – Tipovi ležaja prema obliku kotrljajnih tela Slika 2.5 – Radijalno opterećen ležaj Slika 2.6 – Aksijalno opterećen ležaj Slika 2.7 – Označavanje ležaja Slika 3.1 – Faze oštećenja ležaja Slika 3.2 – Radijalno jednosmerno opterećenje, rotacija unutrašnjeg prstena, fiksiran spoljašni prsten Slika 3.3 – Radijalno jednosmerno opterećenje, fiksiran unutrašnji prsten, rotacija spoljašnjeg prstena Slika 3.4 – Radijalno opterećenje rotira u fazi sa unutr. prstenom, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran Slika 3.5 – Radijalno opterećenje rotira u fazi sa spolj. prstenom, fiksiran unutrašnjeg prstena, rotacija spoljašni prsten Slika 3.6 – Aksijalno jednosmerno opterećenje, rotacija unutrašnjeg prstena ili spoljašnjeg prstena Slika 3.7 – Kombinacija jednosmernog radijalnog i aksijalnog opterećenja, rotacija unutrašnjeg prstena, fiksiran spoljašni prsten Slika 2.8 – Aksijalno opterećenje Slika 3.9 – Radijalno jednosmerno opterećenje+neuravnoteženost, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten proklizava Slika 3.10 – Uske tolerancije-veliki preklop, radijalno opterećenje, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran Slika 3.11 – Ovalno kućište, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran Slika 3.12 – Nesnost spoljašnjeg prestena, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran Slika 3.13 – Nesaosnost unutrašnjeg prstena, rotacija unutrašnjeg prstena, spoljašni prsten fiksiran Slika 3.14 – Prsten vratila i prsten kućišta ekscentrično pomereni, prsten vratila pokretan Slika 3.15 – Prsten kućišta zakošen, prsten vratila pokretan Slika 3.16 – Habanje ležaja izazvano abrazivnim česticama Slika 3.17 – Habanje ležaja usled neadekvatnog podmazivanja Slika 3.18 – Oštećenje kugličnog ležaja usled povećanih vibracijama Slika 3.19 – Oštećenje valjkastog ležaja izazvano povećanim vibracijama Slika 3.20 – Oštećenja ležaja izazvana povećanim vibracijama Slika 3.21 – Oštećenje ležaja usled nepravilne ugradnje Slika 3.22 – Brazde na aksijalnom ležaju Slika 3.23 – Oštećenje ležaja usled prisustva spoljnih čestica Slika 3.24 – Oštećenje ležaja – razmazivanje Slika 3.25 – Oštećenje valjkastog ležaja usled dejstva velikih aksijalnih sila i nekvalitetnog podmazivanja Slika 3.26 – Oštećenje spoljnih površina ležaja Slika 3.27 – Površinsko razaranje ležaja Slika 3.28 – Dubinska korozija ležaja Slika 3.29 –Korozija ležaja usled trenja (Fretting) Slika 3.30 – Oštećenja ležaja uzrokovana prolaskom struje kroz ležaj Slika 3.31 – Oštećenja ležaja uzrokovana prolaskom struje velike jačine Slika 3.32 – Oštećenje kaveza Slika 4.1 – Karakterističan spektar vibracija Slika 4.2 – Geomertija kugličnog ležaja Slika 4.3 – Kućište ležaja sa senzorom Slika 4.4 – Vremenski signal Slika 4.5 – Frekventni signal Slika 4.6 a – Pojedinačni impuls Slika 4.6 b – Serija pojedinačnih impulsa Slika 4.6 c – Tipična prelazna funkcija Slika 4.6 d – Vibracijski signal niske frekvencije Slika 4.6 e – Vibracijski signal oštećenog ležaja Slika 4.7 – Envelopa ubrzanja Slika 4.8 – SEE (Spectral Emitted Energy) Slika 4.9 – Udar kuglice u šipku - impulsni udar Slika 4.10 – Vibracije šipke nakon impulsnog udara Slika 4.11 – SPM metodologija detekcija oštećenja ležaja Slika 5.1 – Prostiranje zvučnog talasa Slika 5.2 – Zvučni talas Slika 5.3 – Spektar vibracija na kućištu ležaja Slika 5.4 - Ulazni i izlazni napon kola za uzorkovanje i držanje Slika 5.5 - Rekonstrukcija signala u vremenu Slika 5.6 - „Aliasing“ akviziranog signala Slika 5.7 – Karakteristike piezoelktričnih materijala Slika 5.8a – Temperaturska karakteristika piezo-senzora Slika 5.8b – Frekventna karakteristika piezo-senzora Slika 5.9 – Piezoelektrični akustički senzor Slika 5.10 – Blok dijagrama elektronskog bloka Slika 5.11 – Izgled analognog elektronskog bloka Slika 5.12 – Digitalni osciloskop Slika 6.1 – Crtež ispitnog stola Slika 6.2 – Trodimenzionalni prikaz ispitnog stola Slika 6.3 – Izgled ispitnog stola Slika 6.4 – Mogućnost pomeranja kliznog ležišta Slika 6.5 – Poprečni presek kliznog ležišta Slika 6.6 – Konstrukcija kućišta ležaja Slika 6.7 – Veza ležaja i osovine Slika 6.8 – Numeracija ležajeva Slika 6.9 – Microlog CMVA 60, SKF (Vibroanalizator, data kolektor) Slika 6.10 – SPM 43A Slika 6.11 – Podešavanje uređaja SPM 43A Slika 6.12 – Ocena stanja ležaja pomoću SPM 43A Slika 6.13 – Granice za procenu kvaliteta prema ISO10816 Slika 6.14 - Blok dijagram envelope ubrzanja Slika 6.15 – Akustička emisija ležaja po SPM metodi Slika 6.16 – Spektar vibracija na ležaju broj 1 Slika 6.17 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 1 Slika 6.18 – Akustička emisija na ležaju broj 1 Slika 6.19 – Spektar vibracija na ležaju broj 2 Slika 6.20 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 2 Slika 6.21 – Akustička emisija na ležaju broj 2 Slika 6.22 – Spektar vibracija na ležaju broj 3 Slika 6.23 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 3 Slika 6.24 – Akustička emisija na ležaju broj 3 Slika 6.25 – Spektar vibracija na ležaju broj 4 Slika 6.26 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 4 Slika 6.27 – Akustička emisija na ležaju broj 4 Slika 6.28 – Spektar vibracija na ležaju broj 5 Slika 6.29 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 5 Slika 6.30 – Akustička emisija na ležaju broj 5 Slika 6.31 – Spektar vibracija na ležaju broj 6 Slika 6.32 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 6 Slika 6.33 – Akustička emisija na ležaju broj 6 Slika 6.34 – Spektar vibracija na ležaju broj 7 Slika 6.35 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 7 Slika 6.36 – Akustička emisija na ležaju broj 7 Slika 6.37 – Spektar vibracija na ležaju broj 8 Slika 6.38 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 8 Slika 6.39 – Akustička emisija na ležaju broj 8 Slika 6.40 – Spektar vibracija na ležaju broj 9 Slika 6.41 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 9 Slika 6.42 – Akustička emisija na ležaju broj 9 Slika 6.43 – Spektar vibracija na ležaju broj 10 Slika 6.44 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 10 Slika 6.45 – Akustička emisija na ležaju broj 10 Slika 6.46 – Spektar vibracija na ležaju broj 11 Slika 6.47 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 11 Slika 6.48 – Akustička emisija na ležaju broj 11 Slika 6.49 – Spektar vibracija na ležaju broj 12 Slika 6.50 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 12 Slika 6.51 – Akustička emisija na ležaju broj 12 Slika 6.52 – Spektar vibracija na ležaju broj 13 Slika 6.53 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 13 Slika 6.54 – Akustička emisija na ležaju broj 13 Slika 6.55 – Spektar vibracija na ležaju broj 14 Slika 6.56 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 14 Slika 6.57 – Akustička emisija na ležaju broj 14 Slika 6.58 – Spektar vibracija na ležaju broj 15 Slika 6.59 – Envelopa ubrzanja na ležaju broj 15 Slika 6.60 – Akustička emisija na ležaju broj 15 LISTA TABELA Tabela 6.1 – Izbor filtera pri merenju Envelope ubrzanja Tabela 6.2 – Kriterijumi za procenu stanja merenjem Envelope ubrzanja Tabela 6.3 – Granice za ocenu stanja ležaja merenjem Envelope ubrzanja Tabela 6.4 – Granice za ocenu stanja ležaja SPM metodom Tabela 6.5 – Granice za ocenu stanja ležaja merenjem ultrazvučne emisije Tabela 6.6 – Analiza rezultata ispitivanja npHflor 1. ~3jaBa 0 ayTopcTBy nOTnVlcaHVl: Mp rOpaH LIJVlHVlKOSVlli, ,llVlnJl.MaW.VlH>K. 6p~ynVlca ______________________________________________ ,o,a je ,o,OKTopcKa ,o,VlcepTal...\Vlja no,o, HaCJlOBOM ,QlI1JArHOCTlI1KA KOTPIbAJHlI1X nE>KAJA Y ynTPA 3BY4HOM ,QOMEHY • pe3YJlTaT conCTBeHor VlCTpa>KVlBa4KOr pa,o,a, • ,o,a npe,o,JlO>KeHa ,o,VlcepTal...\Vlja y l...\eJlVlHVl HVl y ,o,eJlOBVlMa HVlje 6VlJla npe,o,JlO>KeHa 3a ,o,o6Vljal-be 6VlJlO Koje ,o,VlnJlOMe npeMa CTy,o,VljCKVlM nporpaMVlMa ,o,pyrVlx BVlCOKOWKOJlCKVlX YCTaHosa, • ,o,a cy pe3YJlTaTVl KopeKTHo Hase,o,eHVl Vl • ,o,a HVlcaM KpwVlo/Jla aYTopcKa npasa Vl KOPVlCTVlO VlHTeJleKTyaJlHY CBOjVlHY ,o,pyrVlx JlVll...\a. Y 5eorpa,o,y, 23.11 .2012. np~nor 2. ~3jaBa 0 ~CTOBeTHOCT~ WTaMnaHe ~ eIleKTpOHCKe Bep3~Je .QOKTOpCKOr pa.Qa II1Me V1 npe3V1Me aYTopa: MP lopaH WUHuKoBun, ounn.Maw. UH>K. 6poj ynV1ca CTy,o,V1jCKV1 nporpaM Hacnos pa,o,a : .QlI1JArHOCTlI1KA KOTPJbAJHlI1X llE>KAJA Y YllTPA 3BY4HOM .QOMEHY MeHTOp: op AneKcaHoap BeG, peooBHu npocbecop nOTIlV1caHV1 Mp lopaH WUHuKoBun, ounn.Maw. UH>K. V13jasIbyjeM ,o,a je WTaMnaHa sep3V1ja Mor ,o,OKTopcKor pa,o,a V1CToseTHa eneKTpoHcKoj sep3V1jV1 KOjy caM npe,o,ao/na 3a o6jasIbV1Saf-be Ha nopTany .Q~r~TanHor peno3~Top~jYMa YH~Bep3~TeTa y 6eorpa,o,y. ,D,03soIbasaM ,o,a ce o6jase MOjV1 nV1YHV1 no,o,al...\V1 se3aHV1 3a ,o,o6V1jaf-be aKa,o,eMCKor 3Saf-ba ,o,oKTopa HaYKa, Kao WTO cy V1Me V1 npe3V1Me, ro,o,V1Ha V1 MeCTO pof]ef-ba V1 ,o,aTyM o,o,6paHe pa,o,a . OSV1 nV1YHV1 no,o,al...\V1 Mory ce o6jasV1TV1 Ha Mpe>KHV1M CTpaHV1l...\aMa ,o,V1rV1TanHe 6V16m10TeKe, y eneKTpOHCKOM KaTanory V1 y ny6nV1Kal...\V1jaMa YHV1sep3V1TeTa y 6eorpa,o,y. nOTn~c ,o,OKTopaH,o,a Y 6eorpa,o,y, 23.11.2012. IlpvlIlor 3. Vi3jaBa 0 KOpLIIlllnel-bY OBnawflyjeM YHL-1Bep3L-1TeTcKY 6L-16nL-10TeKY "CBeTo3ap MapKOBL-1fl" Aa y .o.L-1rL-1TanHL-1 pen03L-1TOpL-1jYM YHL-1Bep3L-1TeTa y 6eorpaAY YHece MOjy AOKTOPCKY AL-1CepTaL\L-1jy nOA HacnOBOM: A~JArHOCT~KA KOTPIbAJH~X nE>KAJA Y ynTPA 3BY4HOM AOMEHY Koja je Moje aYTopcKO Aeno . .o.L-1CepTaL\L-1jy ca CBL-1M npL-1n03L-1Ma npeAao/na caM y eneKTpOHCKOM cpopMaTY norOAHOM 3a TpajHo apXL-1BL-1pal-be . Mojy AOKTOPCKY AL-1CepTaL\L-1jy noxpal-beHY y AL-1rillTanHL-1 pen03L-1TOpL-1jYM YHL-1Bep3L-1TeTa y 5eorpaAY Mory Aa KOpL-1CTe CBL-1 KOjL-1 nowTyjy OApeA6e CaAP>KaHe Y OAa6paHOM TL-1ny nL-1L\eHL\e KpeaTL-1BHe 3ajeAHL-1L\e (Creative Commons) 3a KOjy caM ce OAnYYL-1o/na. 0}YTOPCTBO 2. AYTOPCTBO - HeKOMepL\L-1janHo 3. AYTOPCTBO - HeKoMepL\L-1janHo - 6e3 npepaAe 4. AYTOPCTBO - HeKoMepL\L-1janHo - AenL-1TL-1 nOA L-1CTL-1M ycnOBL-1Ma 5. AYTOPCTBO - 6e3 npepaAe 6. AYTOPCTBO - AenL-1TL-1 nOA L-1CTL-1M ycnOBL-1Ma (MOnL-1MO Aa 3aoKpY>KL-1Te caMO jeAHY OA weCT nOHyf)eHL-1X nL-1L\eHL\L-1 , KpaTaK onL-1C nL-1L\eHL\L-1 AaT je Ha nonef)L-1HL-1 nL-1CTa). nOTnVlC ,QoKTopaH,Qa Y 5eorpaAY, 23.11.2012 .