Εργασία. Διπλωματική ΗΛΙΑΝΑΑ ΓΙΟΥΡΓΑ ΤΣΙΑΦΗΣ

Διπλωματική Εργασία ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΜΗΧΑΝΩΝ ΜΕ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ ΣΕ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ ΜΕΣΩ ΑΝΑΛΥΣΗΣ FFT ΓΙΟΥΡΓΑ ΗΛΙΑΝΑΑ Επιβλέπων Καθηγητής: ΙΩΑΝΝΗΣ ΤΣΙΑΦΗΣ Θεσσαλονίκη, Απρίλιος 2012 1

Αισθάνομαι την ανάγκη να ευχαριστήσω τον καθηγητή μου κύριο Ιωάννη Τσιάφη για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε αναθέτοντάς μου το θέμα αυτής της διπλωματικής και για την πολύτιμη βοήθεια και συνεργασία που μου προσέφερε κατά τη διάρκεια εκπόνησής της. Θα ήταν παράλειψή μου να μην εκφράσω τις ευχαριστίες μου και σε όλους τους καθηγητές του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής για τις γνώσεις που μου μεταλαμπάδευσαν. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαιτέρως την οικογένειά μου για την αμέριστη συμπαράστασή της και την υπομονή που έδειξε καθόλη τη διάρκεια της φοίτησής μου. Ηλιάνα Η. Γιούργα Θεσσαλονίκη, Απρίλιος 2012 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ... 8 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 8 1.2. ΕΔΡΑΝΑ ΚΑΙ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΔΡΑΝΩΝ... 8 1.2.1. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΔΡΑΝΩΝ... 8 1.2.2. ΕΙΔΗ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ... 9 1.3. ΠΡΟΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ... 11 1.4. ΥΛΙΚΑ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ... 12 1.5. ΦΘΟΡΕΣ ΣΤΑ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ... 12 1.6. ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΖΩΗΣ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ... 15 1.7. ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΑΛΟΥΝ ΦΘΟΡΑ ΣΤΑ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ... 16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΜΗΧΑΝΩΝ... 20 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΡΙΣΜΟΣ... 20 2.2. Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 21 2.3. Η ΑΝΑΓΚΑΙΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 21 2.4. Η ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ της ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 22 2.5. ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 23 2.5.1. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΩΣ ΤΗ ΒΛΑΒΗ (breakdown maintenance):... 23 2.5.2. ΠΡΟΛΗΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ (Preventive maintenance)... 24 2.5.3. ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ (Preventive maintenance)... 26 2.5.4. ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ (Design out maintenance)... 27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ... 30 3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 30 3.2. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΒΛΑΒΩΝ... 31 3.3. Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΗΣ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 32 3.4. ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΚΑΤΑ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ... 33 3.5. ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ (CONDITION MONITORING)... 33 3.6. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 34 3.7. ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 35 3.8. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 36 3.8.1. ΜΕΤΡΗΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ... 36 3.8.2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΔΙΑΓΝΩΣΗΣ... 44 3

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΡΑΔΑΣΜΩΝ (VSA) ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ FFT... 51 4.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 51 4.1.1. ΣΥΝΗΘΗ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΝΤΟΠΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕΣΩ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΡΑΔΑΣΜΟΥ.. 52 4.1.2. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ της ΜΕΘΟΔΟΥ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΡΑΔΑΣΜΩΝ (vsa)... 54 4.2. Δονήσεις... 55 4.2.1.ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ... 55 4.2.2. ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ... 56 4.2.3. Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ... 57 4.2.4. ΟΡΙΑ ΚΑΙ ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΔΟΝΗΣΕΩΝ (ISO 2372)... 59 4.3. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΧΡΟΝΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER (FFT)... 61 4.3.1. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER... 61 4.3.2. ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ... 62 4.3.3. ΑΝΑΛΟΓΟ ΨΗΦΙΑΚΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ... 63 4.3.4. ΠΑΡΑΘΥΡΟΠΟΙΗΣΗ (WINDOWING)... 64 4.3.5. ΤΕΛΙΚΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ... 66 4.4. ΔΟΝΗΣΕΙΣ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ... 66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΟΡΓΑΝΑ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ... 73 5.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 73 5.2. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΗΜΑΤΩΝ ΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΔΟΝΗΣΗΣ... 73 5.3. ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΤΡΟΥΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥ... 73 5.4. ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ... 74 5.5. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ΚΙΝΗΣΗΣ... 75 5.5.1. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΘΕΣΗΣ... 75 5.5.2. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ... 76 5.5.3. ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΙΟΜΕΤΡΑ... 77 5.5.4. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΔΥΝΑΜΗΣ... 85 5.5.5. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ ΜΟΡΦΟΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ (ΑΚΟΥΣΤΙΚΑ)... 85 5.5.6. ΥΔΡΟΦΩΝΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΑΚΤΕΣ ΠΙΕΣΗΣ... 86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ... 88 6.1. ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΙ ΘΕΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ... 88 6.1.1. ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ... 88 6.1.2. ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ... 88 6.1.3. ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ... 89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ... 91 4

7.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 91 7.2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ... 91 7.3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ... 95 7.3.1. ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΕ ΔΙΑΤΑΞΗ ΠΟΥ ΣΤΗΡΙΖΕΤΑΙ ΣΕ ΥΓΙΗ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ... 95 7.3.2. ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΕ ΔΙΑΤΑΞΗ ΠΟΥ ΕΔΡΑΖΕΤΑΙ ΣΕ ΜΗ ΥΓΙΗ ΕΔΡΑΝΑ ΚΎΛΙΣΗΣ... 101 7.4. ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ και συμπερασματα... 104 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 106 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 107 5

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Οι σημερινές απαιτήσεις για αυξημένη αξιοπιστία των περιστρεφόμενων στοιχείων των μηχανών του εξοπλισμού είναι μεγαλύτερες από ποτέ. Σε αυτό τον τομέα συντελείται διαρκής πρόοδος, κυρίως λόγω των συνεχών απαιτήσεων των βιομηχανιών παραγωγής, παραγωγής ενέργειας και μεταφορών. Λόγω των εξελίξεων που έχουν συντελεστεί στις επιστήμες της μηχανολογίας και των υλικών, τα περιστρεφόμενα στοιχεία γίνονται ολοένα γρηγορότερα και ελαφρύτερα. Επιπλέον απαιτείται να δουλεύουν για περισσότερο χρόνο. Ειδικότερα, από όλα τα περιστρεφόμενα στοιχεία μηχανών, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στα έδρανα κύλισης τα οποία αποτελούν ίσως τα πιο θεμελιώδη εξαρτήματα στον χώρο της βιομηχανίας. Αποτελώντας βασικό λειτουργικό κάθε εξαρτήματος και κατ επέκταση κάθε μηχανής είναι μπορεί να αναλογιστεί κανείς τις επιπτώσεις που θα είχε για την παραγωγή η ενδεχόμενη αστοχία τους. Τα έδρανα κύλισης δέχονται μακροχρόνιες και έντονες δυναμικές καταπονήσεις είτε αυτές είναι μηχανικές είτε είναι χημικές. Επομένως είναι λογικό να υφίστανται μεγάλη φθορά. Η μακροχρόνια λειτουργία, η διάβρωση, η παραμόρφωση, τα σπασίματα στα στοιχεία κυλίσεως, οι ρωγμές στα εσωτερικά και τα εξωτερικά δαχτυλίδια και η υπερθέρμανση αποτελούν βασικά αίτια αστοχίας των εδράνων κύλισης. Το αποτέλεσμα είναι να δημιουργηθεί κάποιο είδος σφάλματος στο ρουλεμάν που εντοπίζεται στον εξωτερικό ή εσωτερικό δακτύλιο, στον κλωβό ή τέλος στα σώματα κύλισης. Για το λόγο αυτό, έχει γίνει απόλυτα κατανοητή η ανάγκη για προσέγγιση της διάρκειας ζωής τους και η ένταξη των διαδικασιών συντήρησης τους σε ιδιαίτερα μελετημένα προγράμματα διαγνωστικής συντήρησης. Η διαγνωστική συντήρηση των ρουλεμάν εξασφαλίζει την απρόσκοπτη λειτουργία των μηχανημάτων της παραγωγής, και αποτελεί κρίσιμη διαδικασία για τις περιπτώσεις εκείνων των γραμμών παραγωγής όπου η αστοχία ενός ρουλεμάν μπορεί να προκαλέσει διακοπή όλης της γραμμής παραγωγής με συνέπεια σοβαρή οικονομική ζημιά για την εταιρία. Γίνεται λοιπόν σαφές ότι η αναγνώριση, η θέση και η ανάλυση των αστοχιών τους είναι ζωτικής σημασίας για την υψηλού επιπέδου αξιοπιστία της λειτουργίας του εξοπλισμού. Κατά την λειτουργία μιας μηχανής αναπτύσσονται ταλαντώσεις στα περιστρεφόμενα μέλη της οι οποίες παράγουν δονήσεις. Η παρακολούθηση των κραδασμών που παράγουν κατά τη λειτουργία τους τα περιστρεφόμενα στοιχεία μηχανών είναι μια αρκετά αξιόπιστη και ευρέως εφαρμοζόμενη μέθοδος για τη διάγνωση βλαβών σε μηχανολογικές κατασκευές. Στηρίζεται στο γεγονός ότι κάθε στοιχείο μηχανής παράγει δονήσεις σε συγκεκριμένες, χαρακτηριστικές για αυτό, συχνότητες. Η ανάλυση του φάσματος των κραδασμών παρέχει ποσοτικά στοιχεία που επιτρέπουν την αξιολόγηση της κατάστασης της μηχανής. Η παρακολούθηση (monitoring) των κραδασμών των μηχανών μπορεί να γίνεται είτε συνεχώς είτε κατά τακτά χρονικά διαστήματα. Με την ανάλυση των κραδασμών μπορούν να εντοπίζονται πιθανά προβλήματα, που εξελίσσονται ή έχουν ήδη εκδηλωθεί, με το συσχετισμό των κραδασμών με τα ελαττώματα των περιστρεφόμενων στοιχείων μηχανών που υποδεικνύουν, ενώ με τη λήψη μετρήσεων σε τακτές χρονικές 6

περιόδους καθίσταται δυνατή η παρακολούθηση της εξέλιξης της κατάστασης των μηχανών. Η επεξεργασία και η ανάλυση των δεδομένων που λαμβάνονται από τις μετρήσεις γίνεται με τη βοήθεια ειδικών αλγορίθμων διάγνωσης βλαβών, όπως είναι ο ταχύς μετασχηματισμός Fourier (FFT). Με αυτόν τον τρόπο, δίνεται η δυνατότητα πρόβλεψης της διάρκειας ζωής των εξαρτημάτων καθορίζοντας έτσι τον χρόνο αντικατάστασης του φθαρμένου εξαρτήματος. 7

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται ταα έδρανα (κύλισης και ολίσθησης) και γίνεται εκτενέστερη αναφορά στα έδρανα κύλισης. Αρχικά, αναφέρονται όλαα τα είδη των εδράνων κύλισης και έπειτα το τ ενδιαφέρον επικεντρώνεται στα απλά ένσφαιρα καιι την προτυποποίησή τους. Στη συνέχεια, γίνεται ανάλυση στα υλικά κατασκευής τους, τις φθορές που προκαλούνται σε αυτά και στην προβλεπόμενη διάρκεια δ ζωής τους. Τέλος, παρουσιάζονται οι παράγοντες εκείνοιι που προκαλούν βλάβες στα έδρανα κύλισης, καθώς επίσης αναφέρονται συγκεκριμέν να είδη βλαβών. 1.2. ΕΔΡΑΝΑ ΚΑΙ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΔΡΑΝΩΝ Έδρανο στη μηχανολογία καλείται το στοιχείο μιας μηχανής, όπου στηρίζεται ένας άξονας και σκοπεύει στη μεταβίβαση προς το έδαφος ή προς άλλες κατασκευές του φορτίου που εφαρμόζεται σε αυτόν. Τα έδρανα εν γένει χρησιμεύουν σαν «υποδοχείς» των αξόνων και των ατράκτων ενώ επιτρέπουν τη σχετική κίνηση μεταξύ δύο κομματιών προς μία ή περισσότερεςς κατευθύνσεις με την ελάχιστη τριβή και παράλληλα αποτρέπουν την κίνηση προς την κατεύθυνση του εφαρμοζόμενου φορτίου. Τα έδρανα λιπαίνονται για να διατηρούνται όσο πιο χαμηλάά γίνεται οιι απώλειες των τριβών και οι θερμοκρασίες. Το μέγεθος της τριβής εμφανίζεται είτε ωςς τριβή κίνησης (που εμποδίζει την αντίθετης κατεύθυνσης σχετική κίνηση δύο δ επιφανειών), είτεε ως τριβή ακινησίας στην περίπτωση που το εμπόδιο της τριβής είναι τέτοιουυ μεγέθους που καθιστά αδύνατη την κίνηση. 1.2.1. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΔΡΑΝΩΝ Υπάρχουν δύο κατηγορίες εδράνων: Έδρανα ολίσθησης (κουζινέτα) λέγονται τα έδρανα σταα οποία οι επιφάνειες είτε ολισθαίνουν η μία πάνω στην άλλη, είτε χωρίζονται από ένα φιλμ λιπαντικού.(σχήμα 1.11 (α)) Έδρανα κύλισης (ρουλεμάν) λέγονται έδρανα των οποίων ταα στοιχεία που δέχονται τη φόρτιση είναι κυλιόμενα σώματα. (Σχήμα 1.11 (β)) Σχήμα 1.1. (α) Έδρανο ολίσθησης, (β) Έδρανο κύλισης, [1]. 8

Τα πλεονεκτήματα των εδράνων κύλισης έναντι των εδράνων ολίσθησης είναι τα εξής: Πολύ χαμηλότερος συντελεστής τριβής κατά την εκκίνηση, κατά μέσο όρο μ=0,02 έναντι των μ=0,14 των εδράνων ολίσθησης. Εκκίνηση και στάση χωρίς φθορά. Δεν έχουν ανάγκη συντήρησης και η απαραίτητη ποσότητα λιπαντικού είναι ελάχιστη. Για την ίδια διάμετρο του στροφέα και το ίδιο πλάτος εδράνου έχουν μεγαλύτερο επιτρεπτό φορτίο. Δεν έχουν ανάγκη λειτουργίας προσαρμογής. Το υλικό, η σκληρότητα επιφάνειας και η τραχύτητα επιφάνειας του στροφέα δεν επηρεάζουν την αντοχή τους. Χαμηλότερο κόστος κατασκευής σε μικρές διαμέτρους στροφέων. Τα μειονεκτήματα των εδράνων κύλισης έναντι των εδράνων ολίσθησης είναι τα εξής: Ευαισθησία σε κρουστικά φορτία και κραδασμούς (τραυματισμός ων συνεργαζόμενων επιφανειών του εδράνου). Δημιουργία σχετικά υψηλού θορύβου κατά τη λειτουργία. Περιορισμένη ταχύτητα περιστροφής κυρίως σε μεγάλες διαμέτρους λόγω των φυγόκεντρων δυνάμεων, που αναπτύσσονται στα σώματα κύλισης και φορτίζουν αυτά επιπροσθέτως. Υψηλότερο κόστος κατασκευής σε μεγάλες διαμέτρους. Περιορισμένη διάρκεια ζωής. Ευαισθησία (υπερβολική φθορά) σε ακαθαρσίες (σκόνη, ρινίσματα μετάλλων κ.τ.λ.). 1.2.2. ΕΙΔΗ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ Για τα έδρανα κύλισης αυτό που παίζει ρόλο είναι η τριβή κύλισης. Προς το σκοπό αυτό υπολογίζεται ακόμα και η τριβή εκκίνησης κατά την αρχή της κίνησης και η τριβή τερματισμού στο τέλος της κίνησης. Στην τριβή της κίνησης των εδράνων κύλισης έχουμε δύο περιπτώσεις. Την τριβή κύλισης και την τριβή κυλινδραρίσματος. Η τριβή κύλισης εμφανίζεται όταν δύο ελαστικά σώματα (π.χ από χάλυβα) κυλίονται το ένα πάνω στο άλλο. Δια μέσου της ελαστικής παραμόρφωσης δημιουργείται από το θεωρητικό σημείο επαφής ή τη γραμμή επαφής μια επιφανειακή επαφή, η οποία μάλιστα στην ελεύθερη κύλιση δύο σωμάτων μεταξύ τροχιών οδήγησης δίνει ένα ποσοστό ολίσθησης. Η τριβή κυλινδραρίσματος εμφανίζεται όταν δύο σώματα κυλίονται το ένα επί του άλλου, όπου υπάρχουν και ποσοστά κύλισης και ποσοστά ολίσθησης με βάση τους βασικούς νόμους της μηχανικής. Τριβή κυλινδραρίσματος εμφανίζεται χαρακτηριστικά στα έδρανα κύλισης και στις πλευρές των γραναζιών. Τα έδρανα κύλισης γενικά αποτελούνται από δύο δακτυλίους ή δίσκους, που είναι διαμορφωμένοι έτσι ώστε μεταξύ τους να κυλίονται σε συγκεκριμένες τροχιές. Τα σώματα κυλίσεως μπορούν να έχουν μορφή σφαίρας, κυλίνδρου, βαρελοειδούς κυλίνδρου, κόλουρου κώνου, βαρελοειδούς κόλουρου κώνου ή βελόνας και συγκρατούνται σε ίσες μεταξύ τους αποστάσεις στις ειδικά κατασκευασμένες τροχιές των δακτυλίων ή των δίσκων με τη βοήθεια ενός κλωβού, που σε περίπτωση σφαιρικών σωμάτων κυλίσεως ονομάζεται και σφαιροθήκη. 9

Ανάλογα με τη γενική τους μορφή τα έδρανα κυλίσεως διακρίνονται σε δακτυλιοειδή, δισκοειδή και σε λοξά. Ανάλογα με τη διεύθυνση της δύναμης την οποία δέχεται ένα ρουλεμάν κατά τη λειτουργία του χωρίζονται σε τρεις βασικές κατηγορίες: Στα εγκάρσια ή ακτινικά έδρανα. Στα αξονικά ή ωστικά έδρανα. Στα έδρανα συνδυασμένης φόρτισης. Τα εγκάρσια έδρανα είναι κατάλληλα να παραλαμβάνουν κυρίως εγκάρσια φορτία και έχουν πάντοτε δακτυλιοειδή μορφή, ενώ τα αξονικά παραλαμβάνουν μόνο αξονικά φορτία και έχουν δισκοειδή μορφή. Τα έδρανα συνδυασμένης φόρτισης μπορούν να παραλαμβάνουν και αξονικά και εγκάρσια φορτία και έχουν δακτυλιοειδή ή δισκοειδή μορφή. Ανάλογα με τη μορφή που έχουν τα σώματα κυλίσεως των εδράνων κυλίσεως διακρίνονται σε: Βελονοειδή Κωνικά Κυλινδρικά Σφαιρικά ή ένσφαιρα Βαρελοειδή Από τους διάφορους τύπους των εδράνων κύλισης αξίζει να δοθεί έμφαση στα βελονοειδή. Τα βελονοειδή έδρανα κύλισης είναι αξιόλογα λόγω του μικρού απαιτούμενου χώρου τοποθέτησης έναντι των σφαιρικών και κυλινδρικών εδράνων κύλισης και της σχετικά μεγάλης φόρτισής τους. Αν τα βελονοειδή έδρανα έχουν εσωτερικό δακτύλιο, οι βελόνες κινούνται άμεσα πάνω σε ένα σκληρυμένο, ρεκτιφιαρισμένο και στιλβωμένο δρομέα, διότι έτσι τα έδρανα χρειάζονται ακόμα λιγότερο χώρο. Ένας άλλος τύπος εδράνου κύλισης, αυτά με κωνικούς κυλινδρίσκους, μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και εσωτερικός και ο εξωτερικός δακτύλιος να τοποθετηθούν χωριστά. Αυτό τα καθιστά συμφερότερα για μονταρίσματα σε σειρά. Μια ιδιαίτερη κατασκευαστική μορφή αποτελούν τα έδρανα τεσσάρων σημείων. Αυτά μπορούν να δεχτούν τις δυνάμεις σε τέσσερα σημεία και έτσι επιτυγχάνουν μια υψηλή σταθερότητα. Στα έδρανα αυτά ο εσωτερικός δακτύλιος είναι χωρισμένος. Έτσι μπορούν να τοποθετηθούν πολλά σφαιρίδια, τα οποία σε συνδυασμό με τα ψηλά ερείσματα των δακτυλίων προσδίδουν σε αυτά τα έδρανα κύλισης μεγάλη ικανότητα έδρασης. Τέλος, ένας αρκετά σημαντικός τύπος εδράνων κύλισης είναι τα βαρελοειδή. Τα κλασικά βαρελοειδή έδρανα κύλισης έχουν σφιγκτήρα. Αυτά έχουν κυλινδρική οπή και οι δύο δακτύλιοί τους (εσωτερικός και εξωτερικός) καθώς και το συγκρότημα κλωβού διαιρούνται σε δύο τμήματα. Οι διαιρεμένοι δακτύλιοι συνδέονται μεταξύ τους με κοχλίες. Ένα σύνηθες κατασκευαστικό στοιχείο των διαιρούμενων βαρελοειδών εδράνων κύλισης είναι οι ενσωματωμένοι ασφαλιστικοί δακτύλιοι. Συνήθως οι εσωτερικοί ημιδακτύλιοι είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους με κοχλίες συναρμολόγησης. Αυτό που πρέπει τελικά να τονιστεί είναι ότι η εσωτερική σχεδίαση των διαιρούμενων βαρελοειδών εδράνων κύλισης είναι τέτοια ώστε να έχουν τη μέγιστη δυνατότητα παραλαβής φορτίου. 10

Τα έδρανα επίσης διακρίνονται ανάλογα με το εάν έχουν μία ή δύο σειρές σωμάτων κύλισης σε: Απλά Διπλά Τέλος ανάλογαα με τον τρόπο λειτουργίας τους ονομάζοντα αι : Σταθερά Κινητά ή αυτορυθμιζόμενα Στο εξής όταν γίνεται λόγος για έδρανα κύλισης θα εννοούνται τα ένσφαιρα έδρανα κύλισης. 1.3. ΠΡΟΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ Η αυξανόμενη διεύρυνση του πεδίου εφαρμογών των εδράνων κύλισης, δημιούργησε την ανάγκη διεθνούς προτυποποιήσεως αυτών,, η οποία συνέβαλε πολύ στο να μειωθεί το κόστος κατασκευής τους και να βελτιωθεί η ποιότητάά τους. Επίσης έτσι μπορεί να αντιμετωπιστεί το βασικό πρόβλημαα της εναλλακτικότητάςς τους. Οι γερμανικοί κανονισμοίί DIN (Deutsches Institut fur Normung) έχουν τυποποιήσει τις διαστάσεις, το συμβολισμό, την ακρίβεια διαστάσεων, την ονομασία και τον υπολογισμό φόρτισης (Σχήμα 1.2). Σχήμα 1.2. Συμβολισμός εδράνων κύλισης, [2]. Για παράδειγμα, η ονομασία 6302 αναφέρεται σε ένα ένσφαιρο δακτυλιοειδές έδρανο της σειράς 63 (σειρά διαστάσεων= σειρά πλάτους και σειρά εξωτερικής διαμέτρου) με πλάτος Β=13mm εξωτερική διάμετρο D=42mm και εσωτερική διάμετρο d=15mm (XX02) όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.3. 11

Σχήμα 1.3. Διαστάσεις και σχεδιαστική απεικόνιση εδράνου κύλισης 6302, [1]. 1.4. ΥΛΙΚΑ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ Για την κατασκευή εδράνων κύλισης χρησιμοποιούνται ειδικοί χάλυβες αρίστης ποιότητας και υψηλής αντοχής. Η υψηλή φόρτιση εδράνων κύλισης απαιτεί την πλήρη βαφή των δακτυλίων ή των δίσκων και των σωμάτων κύλισης. Για αυτόν το λόγο όλοι οι χάλυβες των εδράνων έχουν περιεκτικότητα σε C > 0.3 % ώστε ακόμα και ο πυρήνας των σωμάτων κύλισης να μπορεί να σκληρυνθεί. Οι κλωβοί κατασκευάζονται συνήθως από χαλυβδόφυλλα. Για υψηλό αριθμό στροφών και χαμηλό συντελεστή τριβής κατασκευάζονται από ορείχαλκο ή και από συνθετικά υλικά. 1.5. ΦΘΟΡΕΣ ΣΤΑ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ Τα έδρανα κύλισης αποτελούν εκείνο το μηχανολογικό εξάρτημα των βιομηχανικών εγκαταστάσεων που δέχεται ίσως τις πλέον μακρόχρονες και έντονες δυναμικές καταπονήσεις. Είναι φυσικό λοιπόν να υφίστανται μεγάλη μηχανική φθορά. Τα έδρανα κύλισης χρησιμοποιούνται σε μία ευρεία γκάμα μηχανισμών στις βιομηχανικές παραγωγικές διαδικασίες. Για τον λόγο αυτό βρίσκονται σε επαφή με μια μεγάλη ποικιλία ρευστών στα οποία έχουν λιγότερο ή περισσότερο διαβρωτικές ιδιότητες, όπως το νερό, τα οξέα, οι βάσεις και διάφορα αέρια. Οι κατασκευαστές έχουν εξοπλίσει τα διάφορα έδρανα κύλισης με μηχανισμούς στεγανοποίησής τους από τα διαχειριζόμενα στην παραγωγική διαδικασία ρευστά, ωστόσο, ορισμένα από αυτά είναι ιδιαίτερα δραστικά και έτσι είναι αναγκαία η λήψη επιπλέον μέτρων. Επειδή στις περιπτώσεις αυτές τα έδρανα κύλισης υφίστανται μια σύνθετη καταπόνηση, μηχανική και χημική, τα μέτρα αυτά δε συνίστανται στην επίστρωση με ειδικές ρητίνες της καταπονούμενης σε διάβρωση μεταλλικής επιφάνειας, αλλά μπορούν να αφορούν στη χρησιμοποίηση ειδικών υλικών κατά την κατασκευή των εδράνων κύλισης, στην κατάλληλη μηχανική προετοιμασία των καταπονούμενων 12

επιφανειών καθώς επίσης και στη χρησιμοποίηση εξελιγμένων λιπαντικών στα οποία περιλαμβάνονται και στερεά. Οι συνηθέστερες περιπτώσεις βιομηχανικής παραγωγής, όπου ό απαιτείται η προστασία των εδράνων κύλισης από διάβρωση συναντώνται στηη χημική βιομηχανία και τη βιομηχανία τροφίμων, στη χαλυβουργία και τη βιομηχανίαα κατασκευής ημιαγωγών. Για όλους τους παραπάνω λόγουςς είναι σκόπιμο να εντάσσεται η συντήρηση των ρουλεμάν μιας βιομηχανικής μονάδας σε ένα πρόγραμμα διαγνωστικής συντήρησης. Σήμερα αυτή η υπηρεσία διατίθεταιι από εταιρείες του χώρου και επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίησηη ειδικής τεχνολογίαςς οργάνων ελέγχου λειτουργίας των ρουλεμάν και διαγνωστικής συντήρησής τους, τα οποία παρακολουθούν αδιαλείπτως τη λειτουργία των μηχανημάτων που φέρουν ρουλεμάν. Η διαγνωστική συντήρηση των ρουλεμάν εξασφαλίζει την απρόσκοπτη λειτουργία των μηχανημάτων τηςς παραγωγής, και αποτελεί κρίσιμη διαδικασία για τις περιπτώσεις εκείνων των γραμμών παραγωγής όπου η ζημιά ενός ρουλεμάν μπορεί να προκαλέσει διακοπή όλης της γραμμής παραγωγής με συνέπεια σοβαρή οικονομική ζημιά για την εταιρία. Σχήμα 1.4. (α)ελάττωμα εξωτερικού τμήματος, (β)ελάττωμα εσωτερικού τμήματος, (γ)ελάττωμα κλωβού και (δ)ελάττωμα σφαιριδίου, [3]. Τα τυποποιημένα βιομηχανικά ρουλεμάν είναι σχεδιασμένα και κατασκευασμένα με μικρές εσωτερικές ανοχές και για τοο λόγο αυτό είναι πολύ ευαίσθητα σε διαβρωτικές ρυπάνσεις. Η πιο συνηθισμένη διαβρωτική ρύπανση για τα τ ρουλεμάν προέρχεται από το ίδιο το νερό. Αυτό καταφέρνει ι να εισχωρήσει ακόμα και σε στεγανοποιημένα σφαιρικά ρουλεμάν από το κενό που δημιουργείται καθώς ο αέραςς που εγκλωβίζεται εσωτερικά σε ένα ρουλεμάν ψύχεται και συστέλλεται με κάθε σταμάτημα της μηχανής της οποίας το ρουλεμάν αποτελεί εξάρτημα. Όταν τα ρουλεμάν βρίσκονται σε περιβάλλον στάσιμης υγρασίας που αιωρείται στο λιπαντικό του σφαιρικού ρουλεμάν, αυτή κατακάθεται στα σημεία στα οποία έρχονται σε επαφή τα σφαιρίδια του ρουλεμάν με τη στεφάνη εκθέτοντας αυτές τις περιοχές του εδράνου κύλισης σε κίνδυνο διάβρωσης. Αυτό διαπιστώνεται με την επιθεώρηση στο εσωτερικό των ρουλεμάν που μαζεύουν υγρασία κατά τηη λειτουργία τους, στα οποία συχνά είναι ορατά μπαλώματα διάβρωσης σε τακτές αποστάσεις α στη στεφάνη του σφαιρικού τριβέα. Στις περιπτώσεις αυτές,, η πιο δυσμενής συνέπεια είναι ε ο αυξημένος θόρυβος λειτουργίας του ρουλεμάν, το σταδιακό ξεφλούδισμα της καταπονούμενης πλευράς της στεφάνης και τελικά η πρώιμη βλάβηη του ρουλεμάν. 13

Σχήμα 1.5. Τα ρουλεμάν κύλισης χρησιμοποιούνται συνήθως σε πλήθος εφαρμογών της βιομηχανίας τροφίμων και της χημικής βιομηχανίας.[3] Ωστόσο όπως αναφέρθηκε εκτός από το νερό υπάρχει μια μεγάλη γκάμα διαβρωτικών μέσων και συνθηκών στις διάφορες εφαρμογές των εδράνων κύλισης στη βιομηχανία, ώστε έχουν αναπτυχθεί τεχνικές επίλυσης ή άμβλυνσης του προβλήματος για κάθε περίπτωση. Συγκεκριμένα: 1. Για τις περιπτώσεις όπου τα ρουλεμάν εργάζονται σε περιβάλλον με υγρασία προτιμώνται ρουλεμάν ανοξείδωτα ή επιχρωμιωμένα. Τα ανοξείδωτα είναι καταλληλότερα για περιβάλλοντα με υψηλή υγρασία, όπως στη βιομηχανία τροφίμων, σε βιομηχανίες παραγωγής χημικών αλλά για τον εξοπλισμό καθαρισμού ημιαγωγών. Οι μαρτενσιτικοί χάλυβες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αυτών των ρουλεμάν χρησιμοποιούνται και για την κατασκευή των εσωτερικών και εξωτερικών δακτυλιδιών υβριδικών σειρών των σφαιρικών ρουλεμάν που εγκαθίστανται στις προαναφερθείσες εφαρμογές. Ορισμένες παραλλαγές στο σχεδιασμό όπως στο υλικό των σφαιριδίων, των λιπαντικών (ανθυγρά λιπαντικά ή στερεά) μπορούν να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής των «μαρτενσιτικών» ρουλεμάν κατά πέντε φορές σε σχέση με τα άλλα ανοξείδωτα ρουλεμάν. 2. Σε πολύ ειδικές εφαρμογές της βιομηχανίας τροφίμων όπου η καταπόνηση σε διάβρωση είναι πολύ μεγάλη τοποθετούνται ρουλεμάν που στο σώμα τους έχουν επίστρωση φθοριούχου χρωμίου χαμηλής θερμοκρασίας, τα εσωτερικά και εξωτερικά δακτυλίδια είναι ανοξείδωτα. Για τις εφαρμογές όπου δεν είναι εφικτή η λίπανση με γράσο έχει δοθεί λύση από ένα «κλωβό» φθοριούχας ρητίνης. Γενικά τα ρουλεμάν αυτού του τύπου έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και από τα ανοξείδωτα ρουλεμάν, αλλά και από ρουλεμάν που έχουν επικάλυψη από χρώμιο υψηλών θερμοκρασιών ή ηλεκτρολυτικό νικέλιο. 3. Σε περιβάλλοντα αλκαλικά ή ελαφρά όξινα πρέπει να εγκαθίστανται είτε κεραμικά ρουλεμάν, είτε ρουλεμάν κατασκευασμένα από σκληρυμένο ανοξείδωτο χάλυβα, είτε ρουλεμάν που φέρουν επικάλυψη από κράματα του νικελίου. Τα κεραμικά ρουλεμάν έχουν σαν βάση κατασκευής οξείδιο ή νιτρίδιο του θείου και εξασφαλίζουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής μέσα σε όξινο και αλκαλικό περιβάλλον από ότι τα ανοξείδωτα και τα υβριδικά ρουλεμάν. Τα ρουλεμάν με βάση το οξείδιο του θείου είναι τα πιο φθηνά, ενώ αυτά που έχουν βάση το νιτρίδιο του θείου χρησιμοποιούνται στις πλέον βεβαρημένες εφαρμογές και σε πολύ ψηλές θερμοκρασίες. Σε περιβάλλοντα με ισχυρά οξέα, ισχυρά αλκάλια και διαβρωτικά αέρια χρησιμοποιούνται κεραμικά ρουλεμάν που έχουν ως 14

βάση καρβίδια αντί για νιτρίδια. Τα ρουλεμάν αυτά έχουν τη μεγαλύτερη αντοχή σε διάβρωση από όλα τα κεραμικά και όλα τα υπόλοιπα ρουλεμάν γενικά. Εξαιτίας των παραπάνω, είναι σημαντική η προσέγγιση της διάρκειας ζωής τους και η ένταξη των διαδικασιών συντήρησής τους σε ιδιαίτερα μελετημένα προγράμματα διαγνωστικής συντήρησης. Στα έδρανα κύλισης η διάρκεια ζωής υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας περιορίζεται είτε από την κόπωση του υλικού είτε από ένα ανώτατο επιτρεπόμενο όριο φθοράς των επιφανειών κύλισης των δακτυλίων και των σωμάτων κύλισης. Η εκλογή του κατάλληλου μεγέθους και του είδους του εδράνου καθορίζεται από το μέγεθος και το είδος της φορτίσεως που παραλαμβάνει, από την ταχύτητα περιστροφής του φορέα και τέλος από ειδικές συνθήκες λειτουργίας όπως το είδος λίπανσης, η θερμοκρασία λειτουργίας, οι αυξομειώσεις του ονομαστικού φορτίου κ.τ.λ. Η αντοχή του εδράνου εξαρτάται βασικά από τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού του, από τη μορφή και το μέγεθος των αυλάκων κυλίσεως των δακτυλίων ή των δίσκων, από το συνολικό αριθμό κυλίσεων των αυλάκων κυλίσεως και από την κατανομή του φορτίου στα σώματα κυλίσεως. Ο υπολογισμός της αντοχής των εδράνων κύλισης χωρίζεται σε δύο είδη, το δυναμικό και το στατικό υπολογισμό αντοχής. Ο υπολογισμός δυναμικής αντοχής εκτελείται στα έδρανα εκείνα, που η ταχύτητα περιστροφής τους είναι μεγαλύτερη από 20 περίπου στροφές ανά λεπτό. Ο υπολογισμός στατικής αντοχής εφαρμόζεται στα έδρανα που είτε δεν περιστρέφονται είτε ο αριθμός στροφών τους είναι μικρότερος από 20 στροφές ανά λεπτό. 1.6. ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΖΩΗΣ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ Ένα έδρανο κύλισης, που έχει κατασκευαστεί σύμφωνα με τις σχετικές προτυποποιήσεις διαστάσεων και ανοχών, που έχει συναρμολογηθεί με τις σχετικές οδηγίες και τέλος που λιπαίνεται κανονικά και είναι σωστά στεγανοποιημένο ανάλογα με τη λίπανση και τις συνθήκες του περιβάλλοντός του, μπορεί για ένα συγκεκριμένο φορτίο και έναν συγκεκριμένο αριθμό στροφών να λειτουργήσει επίσης επί ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, μετά την πάροδο του οποίου εμφανίζονται διάφορα σημεία κοπώσεως, όπως ρωγμές, πόροι και εκκοιλάνσεις μικρού ή μεγάλου μεγέθους στις καταπονούμενες επιφάνειες των σωμάτων κύλισης και των αυλάκων κύλισης. Ο συνολικός αριθμός στροφών ή ωρών λειτουργίας ενός εδράνου κύλισης, κατά τον οποίο ένα έδρανο μπορεί να λειτουργήσει κανονικά, μέχρι να εμφανιστούν τα πρώτα σημεία κόπωσης, ονομάζεται διάρκεια ζωής του εδράνου. Σχετικά πειράματα και πάρα πολλά παραδείγματα πρακτικών εφαρμογών έχουν αποδείξει ότι τα έδρανα κυλίσεως του ίδιου είδους, των ίδιων διαστάσεων του ίδιου υλικού και των ίδιων ανοχών παρουσιάζουν για τις ίδιες συνθήκες λειτουργίας πολύ μεγάλες διαφορές στη διάρκεια ζωής τους. Για τον υπολογισμό της διάρκειας ζωής των εδράνων έχει καθοριστεί ένα συγκεκριμένο όριο, η ονομαστική διάρκεια ζωής L, που είναι ο αριθμός εκατομμυρίων στροφών, για τον οποίο το 10% ενός μεγάλου πλήθους εδράνων του ίδιου είδους και των ίδιων 15

διαστάσεων εμφανίζουν σημεία κοπώσεως όταν αυτά λειτουργούνλ ν με τις ίδιες ί συνθήκες φορτίσεως. Το υπόλοιπο 90% των εδράνων δεν εμφανίζει σημεία κοπώσεως. Η διάρκεια ζωής L m είναι ο αριθμός τωνν εκατομμυρίων στροφών, για τονν οποίο το 50% ενός μεγάλου πλήθους εδράνων του ίδιου είδους και των ίδιων διαστάσεων εμφανίζουν σημεία κόπωσης, όταν λειτουργούν με τις ίδιες συνθήκες φόρτισης. Η μέση διάρκεια ζωής των εδράνωνν κυλίσεωςς είναι περίπου πενταπλάσια της ονομαστικής διάρκειας ζωής. Από το γεγονός αυτό φαίνεται, ότι η διασπορά τωνν πειραματικών αποτελεσμάτων για τη διάρκεια ζωής των εδράνων είναι πολύ μεγάλη.. Η πραγματική διάρκεια ζωής ενός εδράνου μπορεί επομένως να είναι πολλαπλάσια τηςς ονομαστικής. Στο Σχήμα 1.6, φαίνεται η πραγματική διάρκεια ζωής των εδράνων κύλισης. Από τους ορισμούς της ονομαστικής διάρκειας ζωής και της μέσης διάρκειας ζωής ζ μπορούμε να συμπεράνουμεε ότι η ονομαστική διάρκεια ζωήςς είναι 10 6 στροφές και ότι η μέση διάρκεια ζωής είναι 5*10 6 στροφές. Σχήμα 1.6. Πραγματική διάρκεια ζωής των εδράνων κύλισης, [2]. 1.7. ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΑΛΟΥΝ ΦΘΟΡΑ ΣΤΑ Σ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ Όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμεν νη παράγραφο, τα έδρανα κύλισης δεν έχουν άπειρο χρόνο λειτουργίας. Ο χρόνος λειτουργίας τους εξαρτάται απόό έναν αριθμό παραγόντων οι σημαντικότεροι από τους οποίους είναι ο τρόπος κατασκευής, ο τρόπος μεταφοράς, ο τρόπος αποθήκευσης, ο τρόπος εγκατάστασης και τέλος ο τρόπος λειτουργίας του εδράνου. Αναλυτικότερα: Ο παράγοντας της κατασκευής περιλαμβάνει την ανομοιογένεια των υλικών καθώς επίσης και τις κακές ανοχές της κατασκευής. Ο παράγοντας της μεταφοράς και της αποθήκευση ης περιλαμβάνει το κακό πακετάρισμα και τους κραδασμούς κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση. 16

Ο παράγοντας της εγκατάστασης περιλαμβάνει την παραμόρφωση του εδράνου, τον κακό τρόπο φόρτισης, τις κακές ανοχές και τα σφάλματα ευθυγράμμισης. Ο παράγοντας της λειτουργίας περιλαμβάνει την υπερφόρτιση, την κακή λίπανση, την παρουσία σκόνης, την παρουσία χημικών αερίων, την υγρασία και την υπερθέρμανση. Οι παραπάνω παράγοντες συναρτήσει του χρόνου οδηγούν στην καταστροφή των εδράνων κύλισης. Τα αίτια καταστροφής των εδράνων κύλισης είναι: Η φθορά Η μακροχρόνια λειτουργία Η διάβρωση Η παραμόρφωση Τα σπασίματα στα στοιχεία κυλίσεως Οι ρωγμές στους δακτυλίους των εδράνων και Η υπερθέρμανση Οι βλάβες αυτές εμφανίζονται στον εξωτερικό δακτύλιο, στον εσωτερικό δακτύλιο, στον κλωβό ή τέλος στα στοιχεία κυλίσεως. Στο Σχήμα 1.7, φαίνεται μία βλάβη στον εξωτερικό δακτύλιο ενός εδράνου κύλισης. Σχήμα 1.7. Βλάβη στον εξωτερικό δακτύλιο ενός εδράνου κύλισης, [1]. Σε μία διάταξη άξονα που περιστρέφεται πάνω σε ελαττωματικά έδρανα κύλισης, λαμβάνονται σήματα από τις μηχανικές ταλαντώσεις. Σε αυτά, μετά από κατάλληλη επεξεργασία, μπορούν να ανιχνευτούν επιπλέον συχνότητες από αυτές που θα παρατηρούνταν αν τα έδρανα κύλισης ήταν υγιή. Αυτές δίνονται από τους παρακάτω τύπους ανάλογα με το είδος της βλάβης: 17

Για σφάλμα στα στοιχεία κύλισηςς (Σχήμα 1.8, σημείο Α). Για σφάλμα στον εσωτερικό δακτύλιο : Για σφάλμα στον εξωτερικό δακτύλιο : Όπου: d: Η εσωτερική διάμετρος του εδράνου κύλισης D: Η εξωτερική διάμετρος του εδράνου κύλισης f s : Η συχνότητα περιστροφής τουυ άξονα και δίνεται απόό f s =2*π*f f: H συχνότητα περιστροφής της μηχανής σε Hz n: O αριθμός των σφαιρών του εδράνου κύλισης θ: Η γωνία επαφής Σχήμα 1.8. Ενδεικτικές βλάβες σε έδρανο κύλισης..[1] Για σφάλμα στον κλωβό χρησιμοποιούνταιι εντελώς διαφορετικοδ οί μέθοδοι που δεν εντάσσονται στα πλαίσια έρευνας της παρούσας εργασίας. Τέλος, μία πρόχειρη εκτίμηση πολλαπλού σφάλματος φαίνεται φ στην παρακάτω γραφική παράσταση (Σχήμα 1.9). Οι υψηλές συχνότητες που επισημαίνονται αφορούν τα είδη βλαβών που περιγράφηκαν νωρίτερα. 18

Σχήμα 1.9. Απεικόνιση υψηλών συχνοτήτων που προκαλούντα αι από πολλαπλά σφάλματα σε έδρανο κύλισης, [1]. 19

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΜΗΧΑΝΩΝ 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΡΙΣΜΟΣ Είναι γνωστό ότι σήμερα υπάρχουν όλο και περισσότερες απαιτήσεις για την αξιοπιστία του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού και μπορεί να τεθούν τόσο από το σχεδιαστή και τον κατασκευαστή όσο και από το χρήστη. Η αξιοπιστία όμως κοστίζει. Μπορεί να μειώνει το κόστος των επισκευών και των συντηρήσεων αλλά αυξάνει το αρχικό κόστος. Επιπλέον όσο και να αυξηθεί το αρχικό κόστος η ανάγκη για συντήρηση δεν εξαλείφεται. Η συντήρηση είναι μια συνετή προσέγγιση στη φροντίδα του εξοπλισμού. Πριν από μερικές δεκαετίες η συντήρηση ήταν μια διαδικασία κατά την οποία ένα τμήμα του εξοπλισμού πάθαινε βλάβη, γινότανε αντικατάσταση του τμήματος αυτού και ο εξοπλισμός ξαναέμπαινε σε λειτουργία. Από τότε εξελίχθηκε, παίρνοντας μορφή μεθοδικών προληπτικών ενεργειών με σαφείς στόχους, ακολουθώντας τις προόδους της τεχνολογίας. Τα τελευταία χρόνια η συντήρηση θεωρείται το σύνολο των προγραμμάτων και των μεθόδων που μπορούν να ανακαλύπτουν την έναρξη των βλαβών στον εξοπλισμό και που βοηθούν: στη διατήρηση της καλής λειτουργίας, στην ελαχιστοποίηση της εκτός λειτουργίας παραμονής του εξοπλισμού, στην αύξηση της αξιοπιστίας και της διαθεσιμότητας του εξοπλισμού, με γνώμονα το ελάχιστο κόστος. Σύμφωνα με τον L. R. Higgins (1995): «Η συντήρηση είναι επιστήμη επειδή η εκτέλεσή της στηρίζεται σε πολλές επιστήμες. Η συντήρηση είναι τέχνη διότι φαινομενικά όμοια προβλήματα συχνά απαιτούν και δέχονται διαφορετικές προσεγγίσεις και ενέργειες και διότι κάποιοι παρουσιάζουν μεγαλύτερη επιδεξιότητα σε αυτή από άλλους. Πάνω από όλα όμως η συντήρηση είναι φιλοσοφία γιατί είναι μια γνώση που μπορεί να εφαρμοσθεί εντατικά, μέτρια ή καθόλου εξαρτώμενη από άλλες παραμέτρους». Πρέπει σε αυτό το σημείο να αναφερθούν όσον αφορά τη λειτουργία της συντήρησης οι εξής παραδοχές: Όταν ακόμα σχεδιάζεται ο εξοπλισμός, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η μέθοδος και το κόστος συντήρησης. Η συντήρηση δεν μπορεί να αντισταθμίσει την κακή σχεδίαση ή τη χαμηλή ποιότητα υλικών. Η συντήρηση είναι ένας κρίκος στην σύνθετη αλυσίδα πολυάριθμων παραμέτρων όπως η καταπόνηση, η ηλικία, η ποιότητα, οι διαστάσεις, η σχεδίαση και η φιλοσοφία συγκρότησης του συστήματος στο οποίο ανήκει ο εξοπλισμός. Η συντήρηση οφείλει να προσαρμόζεται διαρκώς στις νέες τεχνολογίες. Οι οδηγίες συντήρησης που δίνονται από τον κατασκευαστή πρέπει να προσαρμόζονται από το χρήστη με βάση την εμπειρία του. Η συντήρηση πρέπει να είναι μέρος της στρατηγικής μιας επιχείρησης. 20

2.2. Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Όσο τεχνολογικά εξελιγμένα και να είναι τα μηχανήματα παραγωγής, είναι αδύνατον να λειτουργούν και να αποδίδουν, τουλάχιστον στο επίπεδο που είναι σχεδιασμένα να το κάνουν, χωρίς την απαραίτητη επίβλεψη και συντήρηση. Η συντήρηση σε μία βιομηχανική επιχείρηση έχει στόχο να υποστηρίζει την παραγωγή έτσι ώστε να παράγονται προϊόντα συνεχώς, με το μικρότερο δυνατό κόστος και την καλύτερη ποιότητα σύμφωνα με τα πρότυπα της εταιρίας. Έτσι λοιπόν επιγραμματικά η συντήρηση πρέπει να εξασφαλίζει: Απρόσκοπτη λειτουργία Μείωση νεκρού χρόνου. Οικονομική λειτουργία Μέγιστη παραγωγικότητα. Βέλτιστο αποτέλεσμα από πλευράς ποιότητας. Πληροφορίες για παραπέρα βελτίωση του εξοπλισμού και της οργάνωσης. 2.3. Η ΑΝΑΓΚΑΙΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Το κόστος της συντήρησης σήμερα μπορεί και να αντιπροσωπεύει μέχρι και το 40% των εξόδων λειτουργίας μιας επιχείρησης. Με τον όρο συντήρηση εννοούμε: Τεχνικό και χρονικό σχεδιασμό εργασιών. Διαχείριση υλικών και ανταλλακτικών. Διαχείριση εργαλείων και παραγωγικών μέσων γενικότερα. Προληπτικούς, προγνωστικούς και διαγνωστικούς ελέγχους. Προληπτικές ενέργειες και αντικαταστάσεις. Προγραμματισμό και εκτέλεση προγραμμάτων λίπανσης. Επισκευές, βελτιώσεις, κατασκευές. Από τα παραπάνω γίνεται σαφές ότι η συντήρηση δεν έχει στόχο μόνο τις επισκευές, όπως γενικά πιστεύεται από πολλούς, αλλά αποτελεί έναν κρίσιμης σημασίας παράγοντα στην ζωή της επιχείρησης, που σχετίζεται με το σύνολο της απόδοσής της. Η διατήρηση του εξοπλισμού και των στοιχείων του σε ικανοποιητική κατάσταση λειτουργίας μέσω της συντήρησης (συστηματικές επιθεωρήσεις, εντοπισμοί και διορθώσεις επικείμενων αστοχιών πριν εφαρμοστούν ή προτού εξελιχθούν σε μεγάλες καταστροφές) αποδεικνύεται ότι: Μειώνει το επενδυόμενο κεφάλαιο. Μειώνει την ποιοτική υποβάθμιση του εξοπλισμού. Μειώνει τις απροειδοποίητες βλάβες του εξοπλισμού. Αυξάνει την διάρκεια ζωής των μηχανών. Αυξάνει την παραγωγικότητα του προσωπικού της συντήρησης. Βελτιώνει την συμμόρφωση σε νόμους και κανονισμούς. Μειώνει τις περιττές επισκευές μηχανών. Μειώνει την επανάληψη δραστηριοτήτων συντήρησης. Μειώνει την απόρριψη (ελαττωματικών) προϊόντων. Αυξάνει την αξιοπιστία. Μειώνει τις υπερωρίες. Αυξάνει την ασφάλεια. Μειώνει τους τραυματισμούς. Μειώνει την κατανάλωση ενέργειας. 21

Μειώνει την ποσότητα των απαραίτητα διαθέσιμων ανταλλακτικών. Μειώνει τα ελαττώματα σε καινούργιες μηχανές. Μειώνει τις λανθασμένες ενέργειες συντήρησης. Μειώνει τα ασφάλιστρα. 2.4. Η ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Η συντήρηση από την εμφάνισή της μέχρι σήμερα έχει εξελιχθεί κατά πολύ. Νέα δεδομένα έχουν έρθει στο χώρο, ολοένα περισσότερα συστήματα και παραγωγικές μονάδες απαιτούν συντήρηση και φυσικά νέες τεχνικές και φιλοσοφίες εφαρμόζονται σε όλον τον κόσμο. Στον ακόλουθο πίνακα παρουσιάζεται συνοπτικά η διαχρονική εξέλιξη των προσεγγίσεων της συντήρησης: Πίνακας 2.1. Διαχρονική εξέλιξη των προσεγγίσεων της συντήρησης, [8]. 22

Πρέπει να σημειωθεί ότι στην πράξη σε μία εγκατάσταση χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα περισσότερες από μία προσεγγίσεις. Επομένως, είναι πολύ σημαντικό να εξετάζεται ποια από τις διάφορες προσεγγίσεις αποδίδει καλύτερα οικονομικά και ταιριάζει περισσότερο σε κάθε τεχνικό σύστημα και στο λειτουργικό του περιεχόμενο. 2.5. ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Παρακάτω γίνεται μια σύντομη αναφορά στις κυριότερες προσεγγίσεις συντήρησης με βάση τον πίνακα που παρουσιάστηκε στην παράγραφο για την διαχρονική εξέλιξη των μεθόδων συντήρησης. 2.5.1. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΩΣ ΤΗ ΒΛΑΒΗ (BREAKDOWN MAINTENANCE): Λειτουργία ως την βλάβη σημαίνει επέμβαση διορθωτικά σε μία βλάβη όταν και μόνον αν προκύψει και μέχρι τότε δεν γίνεται καμία εργασία συντήρησης Η λογική αυτής της μεθόδου συντήρησης είναι ιδιαίτερα απλή: Τα μηχανήματα αφήνονται να λειτουργούν χωρίς κάποια επέμβαση ή έλεγχο μέχρι την εμφάνιση βλάβης ή την παραγωγή προϊόντων κακής ποιότητας. Τότε μόνο γίνεται αναγκαστική επέμβαση για την αποκατάσταση του προβλήματος. Στην βιβλιογραφία αναφέρεται και ως «Διορθωτική συντήρηση», με την έννοια ότι επεμβαίνει μόνο για να διορθώσει τις βλάβες και «συντήρηση εξ αντιδράσεως», με την έννοια ότι αντιδρά στις βλάβες αντί να τις προλαμβάνει. Πρόκειται για την πρώτη χρονικά θεωρία που εφαρμόστηκε σε μηχανές. Όπως είναι φανερό, δεν λαμβάνεται κανενός είδους χρονικός προγραμματισμός καθώς η χρονική στιγμή που θα προκύψει η βλάβη είναι άγνωστη και δεν υπάρχει κανένα είδος προειδοποίησης. Επιπλέον πολλές φορές η διορθωτική επέμβαση δεν επαναφέρει τη μηχανή σε άριστη λειτουργική κατάσταση, αλλά σε απλά αποδεχτή αν αφεθούν κατά μέρος οι περιπτώσεις που η αστοχία ενός εξαρτήματος συμπαρασύρει και άλλα μαζί του με αποτέλεσμα την καταστροφή της μηχανής. Για τους δύο ανωτέρω λόγους η προσέγγιση αυτή είναι ανεπαρκής, οικονομικά ασύμφορη και ίσως επικίνδυνη τόσο για τον εξοπλισμό όσο και για την ασφάλεια των εργαζομένων. Αποδεχτή ίσως για μηχανήματα η χρήση των οποίων δεν έχει σημαντικό αντίκτυπο στην παραγωγή και η αστοχία τους δεν θέτει θέμα ασφαλείας. Αξίζει να σημειωθεί ότι εδώ γίνεται ελάχιστη αξιοποίηση του εργατικού δυναμικού που εμπλέκεται στη διαδικασία αυτή. Ακόμη πρέπει να κρατείται μεγαλύτερο απόθεμα ανταλλακτικών για όταν προκύψει η βλάβη. Και εκτός των άλλων ο ιδιοκτήτης του εξοπλισμού, όταν θα σταματήσει απρόβλεπτα η μηχανή του, θα πληρώσει πολλαπλάσια τιμή, συνήθως, για την επισκευή της, αφού και οι επισκευές ακολουθούν το νόμο προσφοράς και ζήτησης. Και αυτό δεν είναι καθόλου αμελητέο. Επιπλέον η όποια επισκευή χρειαστεί θα γίνει σε κλίμα χρονικής πίεσης, κάτι που δεν αφήνει περιθώρια για ενδεχόμενο προσδιορισμό της αιτίας της βλάβης και εύρεσης εναλλακτικής λύσης ώστε να αποφευχθεί η επανεμφάνισή της. Γενικά κυριαρχεί αβεβαιότητα και έλλειψη εμπιστοσύνης για την κατάσταση του εξοπλισμού. Είναι λοιπόν σαφές ότι η φυσική κατάληξη της εφαρμογής αυτής της θεωρίας δεν είναι οικονομικά συμφέρουσα. Ένα βήμα προς τη βελτίωση αυτής της κατάστασης είναι η φιλοσοφία της προληπτικής συντήρησης. 23

2.5.2. ΠΡΟΛΗΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ (PREVENTIVE MAINTENANCE) Η μέθοδος αυτή ακολουθεί χρονικά την πρώτη. Διεθνώς έχουν καθιερωθεί πολλοί ορισμοί αυτής της μεθόδου. Κοινό σημείο όλων είναι η ένταξη των διαδικασιών συντήρησης σε ένα χρονικά προγραμματισμένο πλαίσιο. Η λογική της μεθόδου βασίζεται στον Προγραμματισμένο περιοδικό έλεγχο του εξοπλισμού. Κάθε σημαντικό μηχάνημα σταματά και επιθεωρείται επισταμένως μετά από συγκεκριμένες ώρες λειτουργίας (η προληπτική συντήρηση αποτελεί παρεμβατική μέθοδο συντήρησης). Εάν υπάρξει κάποιο φθαρμένο εξάρτημα, αντικαθίσταται και το μηχάνημα παραδίδεται σε λειτουργία. Επομένως, η προληπτική συντήρηση συνίσταται σε μια σειρά από δραστηριότητες οι οποίες προγραμματίζονται με συχνότητα που υπαγορεύεται από το συνολικό χρονικό διάστημα από την προμήθεια ενός μηχανήματος, τις ώρες λειτουργίας του και την παραγωγική του ικανότητα και: Είτε παρατείνουν τη ζωή ενός εξαρτήματος/μηχανήματος (για παράδειγμα, η λίπανση σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων παρατείνει την ζωή του) Είτε αποκαλύπτουν ότι ένα εξάρτημα/μηχάνημα έχει φθαρεί σημαντικά και πρόκειται να αστοχήσει. (για παράδειγμα, τρίμηνη επιθεώρηση έδειξε ότι υπάρχει ρήγμα στο στεγανοποιητικό μιας αντλίας η εύρεση του ρήγματος επιτρέπει την επισκευή προτού εμφανιστεί καταστροφική βλάβη). Σύμφωνα επομένως με αυτήν την μέθοδο, η συντήρηση σχεδιάζεται έτσι ώστε να διορθώνει είτε να προλαμβάνει καταστάσεις που μπορούν να οδηγήσουν σε βλάβες με αποτέλεσμα την απώλεια παραγωγής, με όλα τα δυσάρεστα επακόλουθα, ακόμα και αν αυτό σημαίνει ότι ορισμένα εξαρτήματα πιθανόν να αντικατασταθούν πριν εξαντλήσουν τα αξιόπιστα λειτουργίας. Όμως, πρέπει να ληφθεί υπόψη πως όταν η παραγωγική διαδικασία σταματά, η παραγωγή που χάνεται σε μια στάση βλάβη είναι πολύ περισσότερη από ότι σε μια στάση που γίνεται προγραμματισμένα. Η λογική πίσω απ αυτήν την πρακτική συντήρησης είναι ότι αυτοί οι ρυθμοί βλαβών του εξοπλισμού, ακολουθούν μια πορεία στην οποία ο μόνος παράγοντας που ουσιαστικά επιδρά είναι ο χρόνος. Τα διαστήματα της συντήρησης προκαθορίζονται είτε κυρίως από την εμπειρία του κατασκευαστή του συγκεκριμένου εξοπλισμού είτε, σε μικρότερο βαθμό, από την συστηματική τήρηση αρχείων στην εγκατάσταση. Με αυτόν τον τρόπο θεωρητικά οι διαδικασίες συντήρησης μπορούν να προγραμματιστούν σε νεκρούς χρόνους λειτουργίας και τα απαραίτητα ανταλλακτικά να παραγγελθούν σε κατάλληλο χρονικό διάστημα. Η λογική της επισκευής πριν πραγματοποιηθεί η βλάβη αποτελεί την ουσιαστική διαφοροποίηση από τη Λειτουργία ως τη Βλάβη και πέρα από την σημαντική μείωση του κόστους που προκύπτει από την παραμονή της μονάδας εκτός λειτουργίας (downtime cost) και τη δυνατότητα προγραμματισμού των χρόνων επισκευής και προμήθειας ανταλλακτικών, υπάρχει ένας ακόμα λόγος που την επιβάλλει: η καταστροφή συνδεόμενων στοιχείων του συστήματος. Όταν κάποιο εξάρτημα αστοχεί, συχνά καταστρέφει τα στοιχεία που συνδέονται με αυτό, γεγονός που πολλαπλασιάζει το κόστος για την αποκατάσταση της (ολικής) βλάβης. Για παράδειγμα, εάν δεν αντικατασταθεί έγκαιρα το ρουλεμάν μιας αντλίας, θα χρειαστεί έπειτα να αντικατασταθούν τα πτερύγια, το κέλυφος και άλλα στοιχεία. 24

Μερικές φορές η βλάβη δεν επιδεινώνεται και έτσι το κόστος αποκατάστασης και το κόστος από τη βλάβη είναι περίπου τα ίδια. Όμως η αναβολή της δράσης δημιουργεί ένα διαρκώςς αυξανόμενο πρόβλημα στο μελλοντικό τμήμα συντήρησης. Για να είναι αποδοτική (και οικονομική) η Προληπτική Συντήρηση απαιτείται εκπαιδευμένοο προσωπικό, αξιόπιστο και οργανωμένο σύστημα διακινήσεως πληροφοριών, οι οποίες να υποστηρίζουν το σύστημα συντήρησης, τακτικές προγραμματισμένες επιθεωρήσεις και προληπτικές εργασίεςς συντήρησης. Όπως έχει προαναφερθεί, ακρογωνιαίος λίθος της Προληπτικής Συντήρησης είναι η διενέργεια ελέγχων. Σε αυτό το σημείο είναι εύλογο να οριστεί η έννοια του ελέγχου. Έλεγχος λοιπόν, είναι η διαδικασία εκείνη που: Εξετάζει εάν ο σχεδιασμός ή οι προδιαγραφές ενός μηχανήματος είναι τα απαιτούμενα. Αναγνωρίζει όλους τους παράγοντες και τα αίτια και μπορούνν να οδηγήσουν σε διακοπή της λειτουργίας και εκτιμά το χρόνο μέχριςς ότου αυτόό συμβεί. Σχήμα 2.1. Διενέργεια ελέγχου, [5]. Οι έλεγχοι θα πρέπει να προγραμμα ατίζονται έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η απρόσκοπτη λειτουργία των μηχανημάτων και οι επεμβάσεις, επισκευές ή αντικαταστάσεις που πιθανά χρειάζονται να μην έρχονται σε αντίθεση με το πρόγραμμα παραγωγής. Υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί όσον αφορά την εφαρμογή της προληπτικής συντήρησης. Αυτοί είναι: Οι αστοχίες που δεν εξαρτώνται από τον χρόνο, δηλαδή εμφανίζονταιι τυχαία και μετά από ίσα χρονικά διαστήματα. Οι εξαρτώμενες από τον χρόνο αστοχίες που σχετίζονται από την διάρκεια ζωής του εξοπλισμού και οι οποίεςς δεν είναι δυνατόν να προβλεφθούν γιατί και αυτές δεν εμφανίζονται μετά από ίσα χρονικά διαστήματα. Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους συμβαίνει αυτό και οφείλονται κυρίως στον τρόπο λειτουργίας και σε εξωτερικούς παράγοντες, όπως κακή τοποθέτηση του εξαρτήματος, απώλεια λαδιών κλπ. Η διαδικασία της διακοπής της λειτουργίας του εξοπλισμού και της επανεκκίνησής του κάθε φορά που πραγματοποιείται μια επιθεώρηση. Μάλιστα όσο πιο μεγάλα και πιο βαριά είναι τα μηχανήματα που σταματούν τόσο πιο δύσκολη και ακριβή είναι η επανεκκίνησή τους. 25

Συμπερασματικά, είναι φανερό πως ενώ η συγκεκριμένη προσέγγιση συντήρησης είναι σαφώς προτιμότερη από την λειτουργία μέχρι τη βλάβη, είναι δαπανηρή λόγω του αυξημένου κόστους των περιοδικών σταματημάτων της μηχανής και της αντικατάστασης εξαρτημάτων που βρίσκονται σε καλή κατάσταση. 2.5.3. ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ (PREVENTIVE MAINTENANCE) Η θεωρία αυτή αποτελεί νέα διεθνή τάση στην εφαρμοσμένη συντήρηση και αποτελεί μετάβαση από τη συντήρηση που βασίζεται σε χρονικά διαστήματα (time based) προς τη συντήρηση που βασίζεται στην λειτουργική κατάσταση των μηχανών (condition based). Κατά τη μέθοδο αυτή κάθε μηχανή, παρακολουθείται ξεχωριστά με μετρήσεις από κατάλληλα όργανα, ώστε να γίνεται γνωστή η λειτουργική της κατάσταση, ενώ βρίσκεται σε λειτουργία. Έτσι ορίζεται ο χρόνος συντήρησης μόνον όταν αυτό είναι αναγκαίο. Η μέθοδος αυτή συμφωνεί με την κοινή πεποίθηση των μηχανικών ότι δεν είναι φρόνιμο να λύνεται συχνά μια μηχανή παρά μόνο όταν είναι ανάγκη και επίσης βοηθάει το προσωπικό των εργοστασίων να μειώσουν την πιθανότητα καταστροφικής ζημιάς, να παραγγέλνουν ανταλλακτικά στην ώρα τους, να προγραμματίζουν τις ανάγκες σε ανθρώπινο δυναμικό για την επισκευή. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το κρίσιμο σημείο για την επίτευξη μιας αποτελεσματικότερης συντήρησης ήταν να βρεθούν εκείνες οι τεχνικές συντήρησης που από την μία θα ταίριαζαν στην συγκεκριμένη δραστηριότητα της εκάστοτε επιχείρησης (βιομηχανική, μεταφορική, κατασκευαστική κλπ.) και από την άλλη θα διασφάλιζαν: Πρόβλεψη των επικείμενων προβλημάτων και σχεδιασμό της αντιμετώπισής τους πριν αυτά γίνουν καταστροφικά. Μείωση των πιθανοτήτων αστοχίας στο στάδιο της «νηπιακής» ηλικίας και περιορισμός των επιπτώσεων όταν αυτή συμβεί. Εφαρμογή ενός προγράμματος ποιοτικής διασφάλισης και συνέχειας της λειτουργίας των καινούργιων ιδιαίτερα μηχανημάτων και γενικά όλου του μηχανολογικού εξοπλισμού. Παρακολούθηση και καταγραφή όλων των παραμέτρων της συντήρησης έτσι ώστε τα στοιχεία που συλλέγονται να αξιοποιούνται και τα συμπεράσματα να αποτελούν οδηγό δράσης για την βελτίωση της παραγωγικής δραστηριότητας. Με στόχο τα παραπάνω, τα οποία τελικά αποσκοπούν στην σταδιακή μετατόπιση των εργασιών συντήρησης από εργασίες αποκατάστασης επισκευής σε διαδικασίες πρόληψης πρόβλεψης, αναπτύχθηκε η Προβλεπτική συντήρηση. Συμπερασματικά λοιπόν, η μέθοδος της Προβλεπτικής συντήρησης βασίζεται στην χρήση συστημάτων μέτρησης και ελέγχου που επιτρέπουν την ουσιαστική διάγνωση της πραγματικής φυσικής κατάστασης του εξοπλισμού όσο αυτό βρίσκεται σε λειτουργία (μη παρεμβατική μέθοδος). Στόχος είναι η πρόγνωση του χρόνου επισκευής ή συντήρησης πριν από την εμφάνιση σοβαρών προβλημάτων ή βλαβών. Η Προβλεπτική συντήρηση επομένως κάνει χρήση των θετικών χαρακτηριστικών από τις δύο προηγούμενες μεθόδους με το βέλτιστο δυνατό συνδυασμό τους για να επιτύχει τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα. Έχει το στοιχείο της πρόληψης στην εμφάνιση βλάβης (Προληπτική Συντήρηση), αλλά χρησιμοποιεί την πρόγνωση 26

προκειμένου να επέμβει διορθώνοντας έγκαιρα την βλάβη (Διορθωτική Συντήρηση) όταν πλέον αυτή είναι αναπόφευκτη. Αυτή η προσέγγιση έχει μειωμένο κόστος σε σχέση με την κατά βάση επαναλαμβανόμενη Προληπτική Συντήρηση επειδή οι δραστηριότητες της συντήρησης εκτελούνται μόνο όταν είναι δικαιολογημένες. Η εφαρμογή ενός συστήματος Προβλεπτικής Συντήρησης απαιτεί καλή οργάνωση και υποδομή συνεργείων, τα οποία όμως δεν διαχωρίζονται σε συνεργεία ελέγχου και επεμβάσεων. Χωρίζονται και αποκεντρώνονται σε μικρότερους τομείς ευθύνης που εκτελούν όλους τους ελέγχους και επεμβάσεις. Ακολουθείται πρόγραμμα το οποίο προκύπτει σε συνεργασία με τους υπεύθυνους παραγωγής για την καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση της λειτουργίας του εξοπλισμού. Η κατάσταση και η απόδοση του εξοπλισμού παρακολουθούνται συνεχώς δυναμικά (condition monitoring). Οι περισσότεροι έλεγχοι μηχανημάτων γίνονται κατά την διάρκεια που αυτά λειτουργούν. Τα στοιχεία που προκύπτουν δίνουν πληροφορίες για την κατάσταση του μηχανήματος και βοηθούν στην πρόβλεψη του χρόνου επέμβασης για συντήρηση ή διόρθωση. Μόνο όταν προγραμματιστεί η επισκευή γίνεται διακοπή της λειτουργίας του. Ο απώτερος σκοπός της Προβλεπτικής Συντήρησης είναι να πραγματοποιεί τις εργασίες συντήρησης σε μια προγραμματισμένη χρονική στιγμή πριν ο εξοπλισμός αστοχήσει εν λειτουργία και όταν η συντήρηση είναι οικονομικά δικαιολογημένη, δηλαδή όταν το κόστος της δεν υπερβαίνει αυτό που θα επέφερε η βλάβη του εξοπλισμού. Ενώ η μέθοδος της προληπτικής συντήρησης αφορά περισσότερο τις εξαρτώμενες από το χρόνο αστοχίες, η προβλεπτική συντήρηση ασχολείται με τα τυχαία και ξαφνικά εμφανιζόμενα προβλήματα τα οποία προσπαθεί να εντοπίσει και να διορθώσει εγκαίρως. Αν και οι αστοχίες δεν είναι δυνατό να ελεγχθούν πλήρως, με την υιοθέτηση αυτής της μεθόδου συντήρησης μπορούν να μειωθούν σημαντικά οι τυχαία εμφανιζόμενες αστοχίες και οι επιπτώσεις τους. 2.5.4. ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ (DESIGN OUT MAINTENANCE) Η συντήρηση ακριβείας αποτελεί μια νέα μεθοδολογία συντήρησης η οποία αναπτύχθηκε τα τελευταία χρόνια. Προσανατολίζεται στο σχεδιασμό, έχει δηλαδή σκοπό να διορθώσει ελαττώματα του σχεδιασμού, που μπορεί να προέρχονται από ακατάλληλη μέθοδο εγκατάστασης, επιλογή λάθος υλικών κατασκευής, ασαφή καθορισμό προδιαγραφών λειτουργίας κ.α. Προφανώς αυτό αποτελεί μηχανικό πρόβλημα, αλλά ευθύνη εξακολουθεί να έχει και το τμήμα της συντήρησης. Γι αυτόν το λόγο απαιτείται η, σε μεγάλο βαθμό, αλληλεπίδραση των τμημάτων συντήρησης και σχεδιασμού έτσι ώστε ο μηχανικός συντήρησης να συνεργάζεται στενά με τον μηχανικό σχεδιασμού. Σε ορισμένες περιπτώσεις είτε είναι αδύνατο να βρεθεί μια δραστηριότητα συντήρησης ρουτίνας που να εξασφαλίζει το επιθυμητό επίπεδο διαθεσιμότητας του εξοπλισμού είτε δεν είναι πρακτικό αυτή να διενεργείται με την απαιτούμενη συχνότητα. Όμως και σε αυτές τις περιπτώσεις κάτι πρέπει να γίνεται, ώστε να μειώνεται ο κίνδυνος πολλαπλής αστοχίας σε ένα ανεκτό επίπεδο. Σε αυτές τις περιπτώσεις καθίσταται αναγκαία η επανεξέταση του σχεδιασμού. 27

Ο επανασχεδιασμός αφορά κυρίως κάποιες επεμβάσεις σε νευραλγικά σημεία της μηχανής και την αντικατάσταση και επιλογή ίσως άλλων εναλλακτικών λύσεων. Εάν η αστοχία έχει συνέπειες στην ασφάλεια του προσωπικού ή το περιβάλλον, τότε ο επανασχεδιασμός είναι αναγκαστικός. Εάν η αστοχία έχει μόνο οικονομικές επιπτώσεις, τότε η ανάγκη επανασχεδιασμού εκτιμάται με βάση οικονομικά κριτήρια. Η λογική αυτής της μεθόδου είναι διαφορετική από των υπολοίπων. Ενώ οι περισσότερες μέθοδοι συντήρησης έχουν σαν στόχο την εξάλειψη των αστοχιών ή των επιπτώσεων των αστοχιών, η συντήρηση ακριβείας αποσκοπεί μεν στην ελαχιστοποίηση των αστοχιών, αλλά μέσω της εξάλειψης των αιτιών της συντήρησης, δηλαδή των αιτιών που οδηγούν στην ανάγκη για συντήρηση. Η συντήρηση ακριβείας στοχεύει στην καρδιά της αξιοπιστίας με την βελτίωση ατελειών στον σχεδιασμό. Πλεονεκτεί σε σύγκριση με τις υπόλοιπες μεθόδους συντήρησης στο ότι εφαρμόζεται μία μόνο φορά για να φέρει τα επιθυμητά αποτελέσματα. Ο στόχος της είναι να «χτυπήσει» την εξάλειψη της αξιοπιστίας και όχι τα αποτελέσματα αυτής της έλλειψης, δηλαδή την πηγή που προκαλεί τα προβλήματα. Στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 2.2). παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της συντήρησης ακριβείας: Πίνακας 2.2. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα συντήρησης ακριβείας. Υπάρχουν όμως δύο προαπαιτούμενα για την εφαρμογή της συντήρησης ακριβείας, τα οποία είναι: 1. Η απαραίτητη ύπαρξη μιας διευθυντικής ομάδας η οποία να πιστεύει στην καινοτομία και να ακολουθεί την αγορά. Χωρίς την παρακολούθηση της αγοράς δεν είναι δυνατή και η καινοτομία, αφού αυτή αποτελεί απάντηση στις απαιτήσεις του πελάτη. 2. Η εφαρμογή της συντήρησης ακριβείας απαιτεί ικανούς και πεπειραμένους ερευνητές στους οποίους να παρέχεται ο χρόνος και τα κεφάλαια για να κάνουν την ανάλυση σύνθεση που θα οδηγήσει στις επιθυμητές βελτιώσεις. Οι ερευνητές πρέπει να ξέρουν σε βάθος τους νόμους και τις αρχές της φυσικής και της χημείας για να επιλύουν μηχανικά προβλήματα. Γενικά, εφαρμόζεται σε εταιρίες που βλέπουν την όλη λειτουργία ενός οργανισμού σαν ένα δυναμικό σύστημα και πιστεύουν ότι η επένδυση θα αποδώσει. 28

Από όσα αναφέρθηκαν παραπάνω είναι προφανές πως η Προβλεπτική συντήρηση και η συντήρηση Ακριβείας είναι αποτελεσματικότερες από τις προηγούμενες μεθόδους, δυστυχώς όμως έχουν αρκετά υψηλό κόστος εφαρμογής. 29

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ 3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η πρόβλεψη ή πρόγνωση της αστοχίας με τη λειτουργική παρακολούθηση (real time monitoring), είναι μία πρακτική που αναπτύχθηκε από την ανάγκη βελτιστοποίησης της χρήσης των μέσων παραγωγής σε συνδυασμό με το οικονομικό αποτέλεσμα. Είναι ιδιαίτερα σημαντικός ο έλεγχος κρίσιμων σημείων μιας παραγωγικής γραμμής, ώστε να προλαμβάνονται βλάβες με έγκαιρες επεμβάσεις. Η πείρα έχει αποδείξει ότι το συνολικό κέρδος μιας επιχείρησης μπορεί να αυξηθεί έως και 3% με τη συστηματική χρήση των μέσων πρόβλεψης, γεγονός που οφείλεται τόσο στη μείωση των νεκρών χρόνων όσο και στη μείωση των δαπανών συντήρησης. Οι κύριες δραστηριότητες της συντήρησης αφορούν σε αντικαταστάσεις, τακτικές ενέργειες και επισκευές. Από τις τακτικές ενέργειες οι έλεγχοι και η λίπανση αποτελούν τη βάση της πρόβλεψης με την έννοια της εξακρίβωσης μελλοντικών αναγκών. Εκτελούνται με απλά μέσα ή με ειδικές συσκευές και μεθόδους. Η βασική μεθοδολογία της Προβλεπτικής συντήρησης είναι η συγκέντρωση πληροφοριών της συμπεριφοράς των μηχανών με ελέγχους και επιθεωρήσεις που γίνονται σε καθορισμένα χρονικά διαστήματα. Επακολουθεί η επεξεργασία τους με συγκεκριμένες μεθόδους. Η γενική μεθοδολογία έχει σχέση με την παρακολούθηση της εξέλιξης των διαφόρων φαινομένων ή ευρημάτων που αφορούν πρόοδο φθορών ή γεγονότων που οδηγούν σε βλάβες, καθώς βασίζεται στο γεγονός ότι οι αστοχίες δε συμβαίνουν στιγμιαία αλλά εξελίσσονται μέσα σε κάποιο χρονικό διάστημα. Τα ευρήματα αυτά οφείλονται συνήθως σε μηχανικά ή λειτουργικά αίτια, στην επίδραση του περιβάλλοντος ή και στα δύο μαζί. Διακρίνονται δύο περιπτώσεις. Στην πρώτη περίπτωση η εξέλιξή τους κρίνεται φυσιολογική ενώ στη δεύτερη περίπτωση κρίνεται απότομη. Επομένως η εμφάνιση και η πρόοδός τους εξετάζονται σε συνάρτηση με το χρόνο. Με την έννοια αυτή καθορίζονται χρονικά όρια επεμβάσεων ή αντικαταστάσεων πριν το γεγονός συγκεκριμένης αστοχίας δημιουργήσει ευρύτερα σφάλματα (Σχήμα 3.1). Σχήμα 3.1. Χρονικά όρια ελέγχου, [8]. 30

Ανάλογα με τα συμπεράσματα, επιλέγονται οι κατάλληλες ενέργειες που εξασφαλίζουν την όσο το δυνατό μεγαλύτερη παραμονή της λειτουργίας ενός συστήματος στα φυσιολογικά όρια. Με την εμπειρία που θα αποκτηθεί από την εφαρμογή του προγράμματος είναι δυνατός και ο προσδιορισμός της «φυσιολογικής» ή «απότομης» εξέλιξης των φθορών. Ένα άλλο σημαντικό μέγεθος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη είναι η συχνότητα των ελέγχων και των επιθεωρήσεων (Σχήμα 3.2). Οι τακτικοί έλεγχοι σημαίνουν σημαντική οικονομική επιβάρυνση, ενώ σε αντίθετη περίπτωση αύξηση των αστοχιών. Η καλύτερη προσέγγιση και των δύο περιπτώσεων βασίζεται στην έρευνα της συμπεριφοράς του εξοπλισμού και σε δοκιμές κατά τα αρχικά στάδια της εφαρμογής. Σχήμα 3.2. Συχνότητα ελέγχων, [8]. 3.2. ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΒΛΑΒΩΝ Οι τακτικοί έλεγχοι και επιθεωρήσεις παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα ως προς την έγκαιρη ανακάλυψη ιχνών που είναι δυνατό να οδηγήσουν σε βλάβη. Θα πρέπει όμως να ληφθεί υπόψη ότι ο έγκαιρος εντοπισμός δεν είναι πάντα δυνατός. Με την έννοια αυτή οι βλάβες διακρίνονται σε απρόβλεπτες και σε φυσιολογικές. Απρόβλεπτες Βλάβες Εμφανίζονται κατά τρόπο τυχαίο έτσι ώστε κάθε έννοια πρόβλεψης δεν είναι δυνατή. Διακρίνονται σε: Εμφανείς, οι οποίες είναι δυνατό να εντοπιστούν επειδή δεν εξελίσσονται απότομα, αλλά χρειάζονται κάποιο χρόνο. Προκειμένου να προληφθούν απαιτείται συνεχής παρακολούθηση. Αφανείς, οι οποίες δεν εντοπίζονται και εξελίσσονται απότομα. Στην περίπτωση αυτή οι βλάβες καταγράφονται και προσδιορίζονται τα αίτια. Γίνεται η διάγνωση και στη συνέχεια λαμβάνονται τα απαραίτητα διορθωτικά μέτρα. Φυσιολογικές Βλάβες Εξελίσσονται χρονικά με γνωστό τρόπο και ρυθμό. Οφείλονται κύρια στις φθορές, σε αλλαγή της δομής των υλικών κατά τη λειτουργία, σε χημικές επιδράσεις, σε μηχανικές καταπονήσεις, θερμοκρασίες. Διακρίνονται σε: 31

Εμφανείς, οι οποίες εντοπίζονται και ανιχνεύονται με επιθεωρήσεις και ελέγχους. Έτσι είναι δυνατή η λήψη κατάλληλων μέτρων, ώστε να μην εξελιχθούν. Αφανείς, οι οποίες δεν εντοπίζονται και προλαμβάνονται μόνο με προγραμματισμένες αντικαταστάσεις και επισκευές. Στην πρώτη κατηγορία βλαβών είναι απαραίτητη η διάγνωση και οι διορθωτικές ενέργειες. Στη δεύτερη κατηγορία η εφαρμογή νεότερων μεθόδων συστηματικής δυναμικής παρακολούθησης δίνει λύση. 3.3. Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΗΣ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Η εφαρμογή της Προβλεπτικής συντήρησης δεν περιλαμβάνει ολόκληρο τον εξοπλισμό, αλλά τα βασικά και κύρια σημεία του, η συνεχής και αδιάκοπη λειτουργία των οποίων είναι ιδιαίτερα σημαντική. Βασική επιδίωξη της εφαρμογής συστήματος της Προβλεπτικής συντήρησης είναι η πρόβλεψη (prevention) και η εξάλειψη των αιτιών που οδηγούν ένα λειτουργικό σύστημα σε αστοχία (βλάβη). Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται γι αυτόν το σκοπό δε βασίζονται μόνο σε στατικά ή στατιστικά δεδομένα, όπως για παράδειγμα, συστάσεις κατασκευαστών, εμπειρία, συνήθειες, ιστορικά στοιχεία κτλ, αλλά έχουν σχέση με τη λειτουργική δυναμική παρακολούθηση (condition monitoring) του μηχανολογικού εξοπλισμού. Με τη βοήθεια των συστημάτων συγκέντρωσης των πληροφοριών (integrated systems, real time monitors κλπ.) και ελέγχου συνθηκών λειτουργίας (condition control), πραγματοποιείται πρόληψη μέσω προβλέψεων και προγνώσεων. Τα πληροφοριακά αυτά συστήματα σε συνδυασμό με τα ανάλογα του ελέγχου παραγωγής (production control) συνθέτουν το φάσμα της πραγματικής παρακολούθησης της απόδοσης των εγκαταστάσεων. Έτσι είναι δυνατός ο προσδιορισμός του ωφέλιμου χρόνου ζωής των εξαρτημάτων ή των μηχανημάτων μέχρι την προσεχή επέμβαση, πριν η λειτουργία τους καταστεί κρίσιμη καθώς επίσης και ο εκ των προτέρων σχεδιασμός και προγραμματισμός των εργασιών. Η διασύνδεσή τους (interface) με ολοκληρωμένα πληροφοριακά συστήματα ελέγχου της συντήρησης είναι πολύ σημαντική για την έγκαιρη λήψη σωστών σοβαρών αποφάσεων. Η Προβλεπτική συντήρηση ως σχεδιασμός, περιλαμβάνει όλα τα στοιχεία του μακροχρόνιου προγραμματισμού υποστήριξης του εξοπλισμού. Γίνεται δε χρήση εξελιγμένων μεθόδων προσδιορισμού της βέλτιστης λύσης (επιχειρησιακός σχεδιασμός). Τα κριτήρια είναι οικονομοτεχνικά με την έννοια της αύξησης των εσόδων από τα οποία αφαιρούνται κάθε φορά οι δαπάνες βελτίωσης της συντήρησης. 32

3.4. ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΚΑΤΑ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Η λέξη «προβλεπτική» του όρου προβλεπτική συντήρηση προέρχεται από το σκοπό αυτής που είναι η πρόβλεψη της μελλοντικής τάσης της κατάστασης του εξοπλισμού. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιεί στατιστικές διαδικασίες ελέγχου για να καθορίσει σε ποια χρονική στιγμή στο μέλλον είναι κατάλληλο να γίνει η συντήρηση. Οι τεχνικές που χρησιμοποιεί η Προβλεπτική συντήρηση είναι προηγμένες τεχνικές περιοδικού ή συνεχούς (on line) ελέγχου της κατάστασης του εξοπλισμού (machinery condition mοnitoring) οι οποίες μπορούν να προβλέψουν την αρχή μιας βλάβης πριν τις ανθρώπινες αισθήσεις και επιτρέπουν τον προγραμματισμό των επισκευών ή άλλων ενεργειών, ώστε να αποφευχθεί το σταμάτημα της παραγωγής. Ελέγχουν μια παράμετρο της κατάστασης του εξοπλισμού έτσι ώστε μια σημαντική αλλαγή αυτής να είναι ενδεικτική μιας εξελισσόμενης αστοχίας. Η αλλαγή αυτή καταγράφεται, παρακολουθείται και εφόσον αυτή διαρκεί στη συνέχεια γίνεται διάγνωση και πρόγνωση του πιθανού χρόνου βλάβης και της αιτίας. Αυτός ο τρόπος ελέγχου και συντήρησης έρχεται σε αντίθεση με την Προληπτική μέθοδο συντήρησης που πραγματοποιείται μόνο μετά την πάροδο ορισμένου χρόνου και στην οποία ο εξοπλισμός συντηρείται είτε είναι απαραίτητο είτε όχι. Η Προληπτική συντήρηση απασχολεί εντατικά το προσωπικό της, είναι αναποτελεσματική στον εντοπισμό προβλημάτων που εξελίσσονται μεταξύ προγραμματισμένων ελέγχων και οικονομικά μη αποδοτική. Πρόσφατες έρευνες αναφέρουν ότι το ένα τρίτο του συνολικού κόστους συντήρησης οφείλεται σε περιττές και λανθασμένα εφαρμοζόμενες συντηρήσεις. Η κυριότερη αιτία είναι η έλλειψη πραγματικών δεδομένων που να ποσοτικοποιούν την πραγματική ανάγκη για επισκευή ή συντήρηση. Σύμφωνα με την Προβλεπτική συντήρηση, ο τακτικός έλεγχος της πραγματικής κατάστασης του εξοπλισμού εξασφαλίζει μεγαλύτερο διάστημα μεταξύ των επισκευών, ελαχιστοποιεί τον αριθμό και το κόστος των στάσεων βλαβών και βελτιώνει τη διαθεσιμότητα του εξοπλισμού. Η Προβλεπτική συντήρηση προχωράει πιο πέρα από την προληπτική με τη χρήση μη καταστροφικών μεθόδων για να ανακαλύψει επικείμενες αστοχίες στο πρωταρχικό τους στάδιο. 3.5. ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ (CONDITION MONITORING) Η Προβλεπτική συντήρηση βασίζεται στη δυναμική παρακολούθηση των μηχανών και περιλαμβάνει διαδικασίες έμμεσων και άμεσων επεμβάσεων. Έμμεσες επεμβάσεις Έχουν σχέση με τους λειτουργικούς ελέγχους (trend monitoring), όπου με ειδικά όργανα και μεθοδολογία παρακολουθείται η συμπεριφορά του εξοπλισμού. Σε αυτό το σημείο διακρίνεται κύρια: Η τεχνική της ανάλυσης των μηχανικών ταλαντώσεων περιστρεφόμενων μαζών. Η χημική και φασματοσκοπική ανάλυση των λιπαντικών για την εξακρίβωση των ιδιοτήτων τους κατά τη λειτουργία του επιπέδου μολύνσεώς τους. Μέτρηση θερμοκρασιών, πιέσεων, ανοχών κλπ. 33

Άμεσες επεμβάσεις Οι άμεσες επεμβάσεις έχουν σχέση με τις επιθεωρήσεις κατάστασης (condition cheking): Συνεργαζόμενων επιφανειών (οδοντωτών τροχών, εδράνων κυλίσεως και ολισθήσεως κ.τ.λ.), Μηχανών εσωτερικής καύσης, Εσωτερικών και εξωτερικών επιφανειών λειτουργικών διατάξεων (λέβητες, δεξαμενές, αγωγοί κ.τ.λ.) Ένα πολύ σημαντικό σημείο στην εφαρμογή του συστήματος είναι η ικανότητα αξιολόγησης των ευρημάτων. Κατά πόσο δηλαδή αποτελούν ενδείξεις ή προβλέψεις πιθανής βλάβης, εξέλιξης φθορών, κανονικής ή μη κανονικής λειτουργίας. Για την ανάπτυξη του προγράμματος Προβλεπτικής συντήρησης είναι απαραίτητα τα εξής: 1. Η επιλογή των μηχανημάτων που θα υπαχθούν στο πρόγραμμα παρακολούθησης, 2. Ο καθορισμός του είδους συντήρησης (π.χ. περιοδική με προδιαγραφές, ομοιόμορφη, ετήσια) των υπολοίπων, ώστε να υπάρχει ενιαίος προγραμματισμός και σχεδιασμός του συνόλου των εργασιών της συντήρησης. 3. Η ορθολογική οργάνωση της λίπανσης με στόχο: Τον καθορισμό του όγκου εργασίας Τη βελτίωση των μεθόδων, Την αξιολόγηση και βελτιστοποίηση της ποικιλίας των λιπαντικών, Τη λειτουργική παρακολούθηση των λιπαντικών, Τον έλεγχο του επιπέδου μόλυνσης των λιπαντικών, Της ενεργειακής ποιοτικής αντικατάστασής τους 4. Η ανάπτυξη βάσεων δεδομένων (data bases) και μεθόδων επεξεργασίας τους (data processing). Με βάση τα προηγούμενα χρειάζονται επομένως: Απογραφή, κωδικοποίηση και αναγνώριση του μηχανολογικού εξοπλισμού, Προδιαγραφές λειτουργίας του επιλεχθέντος εξοπλισμού, Περιγραφή είδους εργασιών, έκδοση οδηγιών συντήρησης και λίπανσης, Συντονισμός, τεχνικός και χρονικός προγραμματισμός, οργάνωση, Εκπαίδευση προσωπικού. Εκείνο που αποτελεί την ποιοτική διαφορά του συστήματος από οποιοδήποτε άλλο, είναι ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η παρακολούθηση του παραγωγικού δυναμικού, η ακρίβεια των μετρήσεων και κυρίως ο τρόπος αξιολόγησης των ευρημάτων. 3.6. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Οι κύριες απαιτήσεις εφαρμογής του συστήματος της προβλεπτικής συντήρησης είναι: Σε προσωπικό: Ειδικευμένοι μηχανικοί Συντήρησης Ειδικευμένο τεχνικό προσωπικό 34

Σε εκπαίδευση σχετικά με: Θεωρία μηχανικών ταλαντώσεων Επεξεργασία σημάτων Όργανα Πληροφορική Άλλες τεχνικές (ανάλυση λιπαντικών, επιθεωρήσεις επιφανειών, αξιολογήσεις βλαβών κλπ.). Σε εμπειρία: Ίσως είναι η σημαντικότερη απαίτηση. Ο έλεγχος και η επιθεώρηση είναι έννοιες ταυτόσημες με την άμεση αντίληψη, την γρήγορη αντίδραση, τη λήψη απόφασης και τη σωστή εκτέλεση. Σε όργανα και εργαλεία όπως: Ανιχνευτές και αισθητήρια όργανα λήψης σημάτων Αναλυτές ταλαντώσεων ή σημάτων Ηλεκτρονικούς υπολογιστές. 3.7. ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Από την πρώτη ημέρα αγοράς του ακριβού εξοπλισμού μιας διαγνωστικής τεχνολογίας για τις ανάγκες της προβλεπτικής συντήρησης ή του συμβολαίου με τον εξωτερικό συνεργάτη που την αναλαμβάνει, οι υπεύθυνοι παρακολούθησης του προγράμματος της προβλεπτικής συντήρησης πρέπει να μπορούν συνεχώς να δικαιολογούν τις δαπάνες για τα κεφάλαια και το ανθρώπινο δυναμικό που αυτό δεσμεύει. Σε αντίθεση με τον εξοπλισμό ή τις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή, τα οικονομικά πλεονεκτήματα από την εφαρμογή των διαγνωστικών τεχνολογιών για την παρακολούθηση της παραγωγικής διαδικασίας δεν είναι εύκολο να εκτιμηθούν. Τα άμεσα κόστη μιας επιχείρησης περιλαμβάνουν το ανθρώπινο δυναμικό της παραγωγής και τις πρώτες ύλες. Το ανθρώπινο δυναμικό που απασχολεί η συντήρηση και ό, τι άλλο χρειάζεται συμπεριλαμβάνονται στα έμμεσα κόστη, που συνήθως αναφέρονται και ως γενικά έξοδα, ενώ η επίδρασή της στο κόστος παραγωγής ανά μονάδα προϊόντος είναι πολύ δύσκολο να εκτιμηθεί. Ο υπολογισμός των οικονομικών πλεονεκτημάτων που προκύπτουν από την εφαρμογή του προγράμματος της Προβλεπτικής Συντήρησης μπορεί να γίνει εάν ληφθούν υπόψη το κόστος του προγράμματος και η μείωση του άμεσου και του έμμεσου κόστους που επιφέρει η εφαρμογή του. Εάν υπολογιστεί το συνολικό κέρδος από τη μείωση του άμεσου και του έμμεσου κόστους και από αυτό αφαιρεθεί το κόστος του προγράμματος προκύπτει το καθαρό κέρδος της επένδυσης στο πρόγραμμα της Προβλεπτικής Συντήρησης. Αυτή είναι μια συνηθισμένη μέθοδος έκφρασης του οικονομικού κέρδους ενός προγράμματος Προβλεπτικής Συντήρησης το οποίο σε ετήσια βάση ανακοινώνεται στην επιχείρηση και μπορεί να επηρεάσει τις αποφάσεις της για χρηματοδότηση της συνέχισης ή και της επέκτασης του προγράμματος. 35

3.8. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ Οι σχετικές μεθοδολογίες της προβλεπτικής συντήρησης που μετρούν τη λειτουργική δυναμική του εξοπλισμού στηρίζονται σε ένα σύνολο Μετρητικών Τεχνικών συνοδευόμενων από κατάλληλες Διαγνωστικές Μεθοδολογίες. Καθώς καθεμιά από τις μεθοδολογίες της προβλεπτικής συντήρησης χρησιμοποιείται για ένα συγκεκριμένο τύπο φθοράς, σε ένα πρόγραμμα προβλεπτικής συντήρησης τυπικά χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός μεθόδων. 3.8.1. ΜΕΤΡΗΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Η σημαντικότερη κατηγορία Μετρητικών Τεχνικών έχει αναπτυχθεί για τη διάγνωση βλαβών του μηχανολογικού εξοπλισμού ο οποίος, δεδομένης της δομής των βιομηχανικών εγκαταστάσεων, αποτελεί την κύρια κατηγορία εξοπλισμού. Σήμερα εμφανίζεται μία μεγάλη ποικιλία τεχνολογιών που μπορούν και πρέπει να χρησιμοποιούνται στη διάγνωση βλαβών και στη μέτρηση της φθοράς των βιομηχανικών εγκαταστάσεων. Οι χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες περιλαμβάνουν: Οπτική επιθεώρηση (Visual Inspection) Μέτρηση κρουστικών παλμών (Shock Pulse Measurements) Παρακολούθηση του επιπέδου των δονήσεων κραδασμών (Vibration Monitoring) Ανίχνευση βλαβών με θερμογραφία (Thermography) Τριβολογία (Tribology) Μέτρηση παραμέτρων λειτουργικής διαδικασίας (Process Parameters) Λοιπές μέθοδοι μη καταστροφικών ελέγχων. Σημειώνεται ότι η παρακολούθηση δονήσεων και η μέθοδος των κρουστικών παλμών είναι αυτές που βρίσκουν την ευρύτερη εφαρμογή και δίνουν τα καλύτερα αποτελέσματα. Στις παραγράφους που ακολουθούν επιχειρείται μία σύντομη αναφορά στις πιο διαδεδομένες τεχνικές που εφαρμόζονται στα πλαίσια της Προβλεπτικής συντήρησης. ΟΠΤΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ (Visual Inspection) Η οπτική θεώρηση των μηχανών υπήρξε ένα από τα βασικότερα και φθηνότερα εργαλεία των μηχανικών για τον προσδιορισμό της λειτουργικής τους κατάστασης. Μέχρι σήμερα η τακτική οπτική επιθεώρηση των μηχανών και όλων των συστημάτων γενικότερα, αποτελεί ένα βασικό στοιχείο οποιουδήποτε προγράμματος προβλεπτικής συντήρησης που σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να εντοπίσει πιθανά προβλήματα τα οποία δεν ήταν δυνατόν να εντοπιστούν με εφαρμογή των άλλων μόνο τεχνικών που χρησιμοποιούνται κατά την προβλεπτική συντήρηση. Τα περισσότερα συστήματα προβλεπτικής συντήρησης που στηρίζονται στην ανάλυση των παλμών και των κραδασμών, εντάσσουν την οπτική θεώρηση σε διαδικασία ρουτίνας καταγράφοντας μάλιστα και τα αποτελέσματά της. 36

ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΡΟΥΣΤΙΚΩΝ ΠΑΛΜΩΝ (Shock Pulsee Measurement) Η μέθοδος εφαρμόζεται επιτυχημένα για περισσότερο από 30 χρόνια και συνεχίζει να χρησιμοποιείται ευρέως στις μεθόδους πρόγνωσης και διάγνωσης βλαβών κυρίως των εδράνων κύλισης. Βασικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η ταχύτητα των μετρήσεων και η ευκολία στην επεξεργασία των αποτελεσμάτων της. Ακόμη διερευνά την ύπαρξη ή μη του κατάλληλου λιπαντικού στρώματος μεταξύ των επιφανειών των σωμάτων κύλισης ενός εδράνου, την κατάσταση των επιφανειών των σωμάτων κύλισης, τις διαδρομές κίνησης των εδράνων κύλισης ς και άλλες αιτίες δημιουργίας κρουστικών φορτίων στα έδρανα κύλισης. Στα πλαίσια αυτής της μεθόδου δεν έχει σημασία ο κραδασμός (δόνηση) που προκαλείται από κάποιον κρουστικό παλμό αλλά ο κρουστικός παλμός αυτός καθ εαυτόν. Η ανάλυση συνίσταται στα ακόλουθαα στάδια: Το σήμα που διεγείρεται από μια μηχανή και το οποίο προκαλεί κάποιος κρουστικός παλμός περνά μέσα από ένα ηλεκτρονικό φίλτρο. Μέσα από το φίλτρο περνούν κρουστικοί παλμοίί στα 32 khz, το πλάτος των οποίων εξαρτάται από την ενέργεια τους. Οι κρουστικοί παλμοί μετατρέπονται σε αναλογικούς ηλεκτρονικούς παλμούς. Το αλλαγμένο σήμα των κρουστικών παλμών μετατρέπεται τελικά σε μια ακολουθία ισχυρότερων και ασθενέστερων ηλεκτρικών παλμών. Τα όργανα που μετρούν τους κρουστικούς παλμούς, ή αλλιώς α θορύβους, μετράνε το σήμα τους στην κλίμακα decibel (db). Ένα παράδειγμα αποτελεί η μέθοδοςς SPM (dbm/db m c ). Οι τιμές που απαιτούνται σε αυτή τη μέθοδο για την αξιολόγηση της κατάστασης του εδράνου κύλισης είναι: db m : Η οποία αντιστοιχεί στη μέγιστη τιμή για ένα μικρόό αριθμό ισχυρών ι κρουστικών παλμών. db c : Η οποία αντιστοιχεί στον βασικό παλμό για έναν έ μεγάλοο αριθμό ασθενών κρουστικών παλμών. Σχήμα 3..3. Η κλίμακαα db m db c, [9]. 37

Στο παραπάνω σχήμα, οι τιμές των db m και db c έχουν ένα εύρος 60 db (από Ο έως 60 db) στην κανονικοποιημένη κλίμακα db N (O 60dB). Η τιμή db i είναι ο αρχικός θόρυβος της κλίμακας πάνω στην απόλυτη κλίμακα db SV. Η τιμή db SV είναι ο θόρυβος που προκαλεί η περιστροφή του άξονα της μηχανής και του εδράνου κύλισης ταυτόχρονα. Για να εξουδετερωθεί ο θόρυβος που προκαλεί η περιστροφή του άξονα εισάγεται η έννοια του «αρχικού» θορύβου db i ο οποίος και θα αποτελέσει πλέον την αφετηρία της κλίμακας για τον έλεγχο του εδράνου κύλισης. Η μέτρηση γίνεται με κατάλληλο όργανο και ανάλογα με τις τιμές των db m, db c αξιολογείται η κατάσταση του ρουλεμάν: Πράσινη περιοχή για db m μέχρι 20 φορές db c, που αντιστοιχεί σε άριστο ρουλεμάν. Κίτρινη περιοχή για db m από 21 μέχρι 34 φορές db c, μειωμένη/αμφίβολη κατάσταση. Κόκκινη περιοχή για db m μεγαλύτερο από 34 φορές db c, κακή κατάσταση. Αξίζει να σημειωθεί ότι η διαφορά db m db c παρέχει πληροφορία για τη λίπανση των ρουλεμάν. Μεγάλες τιμές db m και μικρή διαφορά db m db c είναι ένδειξη φτωχής λίπανσης. Αυτή η μέθοδος εκμεταλλεύεται την ιδιοσυχνότητα του μετατροπέα( transducer).όταν κάποια μπίλια χτυπήσει σε μια τοπική βλάβη, η σύγκρουση μεταφέρεται στο μετατροπέα, ενεργοποιώντας με αυτόν τον τρόπο την ιδιοσυχνότητά του. Ο αριθμός των κορυφών του σήματος πάνω από κάποιο όριο, σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, χρησιμοποιείται ως δείκτης βλαβών. Τυπικά η ιδιοσυχνότητα του μετατροπέα επιλέγεται να βρίσκεται μεταξύ 25 και 40 khz έτσι ώστε να αποφεύγεται συνήθης μηχανικός θόρυβος. Ένα πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η απλότητά της. Παρόλα αυτά δεν προτιμάται αφού δεν υπάρχει θεωρία για την εύρεση του ορίου και επίσης σε περίπτωση ύπαρξης πηγών παλμών εκτός από το έδρανο κύλισης η απόδοσή της είναι περιορισμένη. Τέλος, επειδή βρίσκεται στο πεδίο του χρόνου μόνο, αδυνατεί να εντοπίσει την τοπολογία της βλάβης. ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΟΥ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΔΟΝΗΣΕΩΝ ΚΡΑΔΑΣΜΩΝ (Vibration Monitoring) Η παρακολούθηση των κραδασμών που παράγουν κατά τη λειτουργία τους τα περιστρεφόμενα στοιχεία μηχανών είναι μια αρκετά αξιόπιστη μέθοδος για τη διάγνωση βλαβών σε μηχανολογικές κατασκευές. Στηρίζεται στο γεγονός ότι κάθε στοιχείο μηχανής παράγει συγκεκριμένες δονήσεις σε συγκεκριμένες χαρακτηριστικές συχνότητες που καλούνται συχνότητες αναμονής. Με τις απαραίτητες γνώσεις η ανάλυση του φάσματος των κραδασμών παρέχει ποσοτικά στοιχεία που επιτρέπουν την αξιολόγηση της κατάστασης της μηχανής. Γίνεται χρήση συσκευών λήψεως και καταγραφής σημάτων κραδασμών από κατάλληλα όργανα μέτρησης (επιταχυνσιόμετρα) και ακολουθεί ανάλυση με μετασχηματισμό Fourier (FFT). Η ανάλυση δε συνεχίζεται παραπάνω καθώς η εργασία αυτή εντάσσεται στα πλαίσια της παρακολούθησης δονήσεων, προσπαθώντας να κατασκευαστεί ένα απλό και πάνω από όλα χρηστικό εργαλείο διάγνωσης βλαβών. 38

ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΒΛΑΒΩΝ ΜΕ ΘΕΡΜΟΓΡΑΦΙΑ (Thermography) Η μέθοδος αυτή στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στην τεχνολογίαα των υπέρυθρων ακτινοβολιών, όπου όλα τα σώματαα που έχουν θερμοκρασία πάνωω από το απόλυτο μηδέν, εκπέμπουν ενέργεια ή ακτινοβολία. Η ανίχνευση των περιοχών με υψηλότερη ή με χαμηλότερηη θερμοκρασία από την προβλεπόμενη, οδηγούν στο συμπέρασμαα για την ύπαρξη απώλειας ενέργειας, λόγωω αύξησης απωλειώνν και άρα α ύπαρξη κάποιου προβλήματος. Η υπέρυθρη ακτινοβολίαα αποτελεί μια μορφή της εκπεμπόμενης ενέργειας. Η ένταση της υπέρυθρης ακτινοβολίας ενός σώματος είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας της επιφανείας του. Υπάρχουν τρεις μορφές εκπεμπόμενης θερμικής ενέργειας από ένα σώμα οι οποίες μπορούν να ανιχνευτούν: Η ενέργεια που εκπέμπεται από το ίδιο το σώμα, Η ενέργεια που ανακλάται από το σώμα και Η ενέργεια που μεταβιβάζεται από το σώμα. Κατά τη μέτρηση της θερμοκρασίας με τη μέθοδο των υπερύθρων, φιλτράρονται οι δύο τελευταίες μορφές εκπεμπόμενης ενέργειας και μετράται μόνο η πρώτη μορφή ενέργειας. Λαμβάνεται υπόψη το υλικό από το οποίο αποτελείται το σώμα, η κατάσταση της επιφανείας του σώματος και η κατάσταση της ατμόσφαιρας μεταξύ του σώματος και του οργάνου μέτρησης (επίπεδοο υγρασίας), που αποτελούν σημαντικό παράγοντα για να επιτευχθεί σωστή μέτρηση της θερμοκρασίας. Πρόκειται για υπέρυθρες φωτογραφικές εικόνες, όπως αυτή του Σχήματος 3.4, στις οποίες τα στοιχεία που εμφανίζοντα αι πιο κόκκινα είναι τα θερμότερα. Το βασικό εδώ είναι ότι τα περισσότερα στοιχεία εμφανίζουν αύξηση της θερμοκρασίας τους πριν αστοχήσουν. Οι θερμοκρασίες των στοιχείων ποσοτικοποιούνται με κατάλληλο λογισμικό και αναγνωρίζονται ως φυσιολογικές ή μη με βάση τις προδιαγραφές που έχουν οριστεί από τους κατασκευαστές ή τη βιομηχανία. Αλλαγές στη θερμότητα δείχνουν τις προβληματικές περιοχέςς όπου εξελίσσεται η φθορά. φ Σχήμα 3.4. Υπέρυθρη φωτογραφική εικόνα, [9]. 39

Η γνώση πως υπάρχει μια αλλαγή στη θερμοκρασία δεν είναι αρκετή για να προβλεφθεί πότε ακριβώς θα εμφανιστεί αστοχία. Αυτό όμως δεν είναι και το πιο σημαντικό. Ο στόχος είναι να υπάρχει αρκετός χρόνος αποκατάστασης του προβλήματος πριν αυτό γίνειι χειρότερο, γεγονός που έχει καταστήσει τηη θερμογραφία ένα πολύ δημοφιλές εργαλείο για την Προβλεπτική συντήρηση. ΤΡΙΒΟΛΟΓΙΑ (Tribology) Η τριβολογία αναφέρεται στην τριβή που δημιουργείτ ται κατά τη λειτουργία περιστρεφόμενων τμημάτων των μηχανών καθώς και στον τρόπο λίπανσής τους ώστε να περιοριστούν οι φθορές λόγω τριβής. Βασική αρχή τους είναι ανάλυση του ελαίου λίπανσης, κυρίως των κινούμενων τμημάτων των μηχανών και περιλαμβάν νει: Αναλύσεις που έχουν σχεδιαστείί για τον έλεγχο της κατάστασης του λιπαντικού (ιξώδες, οξύτητα, αλκαλικότητα,, βαθμό οξείδωσης, περιεκτικότπ τητα νερού και στοιχεία προσθέτων) και το συσχετισμό αυτής με την κατάσταση λειτουργίας του μηχανήματος και Αναλύσεις που έχουν σχεδιαστείί για να ελέγχουν το λιπαντικό γιαα την παρουσία στοιχείων φθοράς και υπολειμμάτων διάβρωσης που δημιουργούνται από την κύλιση και ολίσθηση των τ επιφανειών των εμπλεκόμενων εξαρτημάτων. Σχήμα 3.5. Τύποι ανάλυσης προγράμματος ανάλυσης των τ ελαίων [9]. Η επιλογή κάθε φορά γίνεται ανάλογα με το είδος των πληροφοριών που αναζητούνται, όπως φαίνεταιι από το παραπάνω Σχήμα 3.5. Όπως είναι γνωστό, οι περισσότεροι τύποι φθοράς και διάβρωσης έχουν σταδιακό ρυθμό ανάπτυξης για κάποιοο χρονικό διάστημα προτού αποκτήσουν εκθετικό βαθμό ανάπτυξης, οπότε έρχεται ολοσχερής αστοχία. Κατά τοο διάστημαα αυτό μικρά θραύσματα αποκολλώνται από την επιφάνεια που έχει προσβληθεί και ανακυκλώνονται μέσα στο σύστημα λίπανσης. Αυτά τα προϊόντα φθοράς ή διάβρωσης μπορούν να αναγνωριστούν με φασματοσκόπηση, φερρογραφίας ή φιλτράρισμα και έλεγχο με μικροσκόπιο. Τα αποτελέσμα ατα χρησιμοποιούνται για να αναγνωριστεί ποια διαδικασία φθοράς ενεργεί. Στον Πίνακα 3.1., δίνεται ενδεικτικά ένα παράδειγμα για μηχανές εσωτερικής καύσης. 40

Πίνακας 3.1. Αποτελέσματα αναλύσεων λαδιού μιας μηχανής εσωτερικής καύσης και πιθανά προβλήματα που υποδεικνύουν, [9]. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ ΠΙΘΑΝΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ 1. Αύξηση ιξώδους Υπερτροφοδότηση καυσίμου που συνεπάγεται αύξηση της θερμοκρασίας και άρα μεγαλύτερη παραγωγή ποσοτήτων καύσης, περιορισμένη εισαγωγή αέρα, φθορά ελατηρίων ή οδηγών βαλβίδων, υψηλή ισχύς από υπερτροφοδότηση καυσίμου, μεγάλο διάστημα αλλαγής λαδιών κλπ. 2. Μείωση πάχους Κόλλημα ελατηρίων, φτωχή έγχυση μίγματος, διαρροή βαλβίδων, αρρύθμιστο καρμπυρατέρ, φθαρμένα ελατήρια/χιτώνια αστοχία ανάφλεξης, διάτμηση του βελτιωτή δείκτη ιξώδους. 3. Μείωση ΤΒΝ/Αύξηση ΤΑΝ Καύσιμο με υψηλή περιεκτικότητα θείου, φτωχή καύση, μεγάλο διάστημα αλλαγής λαδιών κλπ. 4. Περιεκτικότητα νερού Χαμηλές θερμοκρασίες, μακρά λειτουργία της μηχανής στο ρελαντί, διαρροή από φλάντζα, ρωγμή στο σώμα της μηχανής κλπ. 5. Περιεκτικότητα Fe σε ppm Τυπική τιμή 50 200.Μεγαλύτερες τιμές σημαίνουν μεγάλη φθορά στα χιτώνια έδρανα στροφαλοφόρου και έκκεντρα ή ωστήρια. Απαιτείται λεπτομερής έλεγχος. 6. Φερρογραφία (severity index) Τυπική τιμή 200 400. Μεγαλύτερες τιμές δείχνουν σημαντική φθορά που χρειάζεται παραπέρα διερεύνηση. Στην Προβλεπτική Συντήρηση χρησιμοποιούνται συνήθως οι τεχνικές που ακολουθούν: Ιξώδες Σημείο ανάφλεξης Διαλυτότητα καυσίμου Αδιάλυτα σε πεντάνιο Αδιάλυτα σε τολουόλιο Περιεκτικότητα σε νερό Φυγοκεντρικές μέθοδοι Διαπερατότητα φίλτρου Φωτομετρική σύγκριση Περιεκτικότητα τέφρας Αλκαλικότητα (ΤΒΝ) Οξύτητα (ΤΑΝ) Ανόργανη οξύτητα (SAN) Θερμοβαρυτική ανάλυση (ΤΟΑ) Μέταλλα προσθέτων (AES/AAS) Μέταλλα φθοράς (AES/AAS) Υπέρυθρη φασματοσκόπηση (lr) Φερρογραφία (Ferrography) Υπάρχουν φορητές συσκευές αναλύσεων, που είναι χρήσιμες για τοπικές δοκιμές. Τέτοιες συσκευές μπορούν να δώσουν προσεγγιστικά αποτελέσματα σχετικά με την κατάσταση του λιπαντικού. Αυτές οι συσκευές πραγματοποιούν συνήθως απλοποιημένες μετρήσεις προσδιορισμού ιξώδους, ολικών αδιαλύτων, περιεκτικότητας νερού, οξύτητας κ.λπ. 41

Σχήμα 3.6. Συλλογή δείγματος λαδιού, [9]. Για ακριβείς όμως μετρήσεις καθώς και συστηματική παρακολούθηση σε μεγάλες μηχανές συνήθως χρειάζονται πιο ακριβείς μετρήσεις σε εργαστήρια. Οι διάφορες αναλύσεις διακρίνονται σε: : Βασικές: Ιξώδες, Σημείο ανάφλεξης, Αδιάλυτα σε κανονικό πεντάνιο, Αλκαλικότητα, Περιεκτικότητα σε νερό. Δευτερεύουσες: Διαλυτότητα καυσίμου, Ολική οξύτητα, Ανόργανη οξύτητα, Φασματοσκοπική ανάλυση (για μέταλλα φθοράς ή προσθέτων). Ειδικές περιπτώσεις: Φερρογραφική ανάλυση άμεσης ανάγνωσης ή αναλυτική, Ανάλυση μεγέθους σωματιδίων, ΘερμοβαρυΘ υτική ανάλυση, Ανάλυση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο κ.λπ. Πρώτα γίνεται η βασική σειρά αναλύσεων και εάν υπάρχει λόγος, ακολουθούν οι δευτερεύουσες αναλύσεις. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται και οι ειδικές αναλύσεις. Στη συνέχεια περιγράφονται πιο αναλυτικά κάποιες από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους προβλεπτικής συντήρησης με τριβολογία. Ανάλυση των μέσων λίπανσης Με την τεχνική αυτή, προβλέπεται η πιθανή μελλοντική βλάβη η οποία θα οφείλεται στο ότι τα μέσα λίπανσης έχουν χάσει πλέον π τις λιπαντικές τους τ ιδιότητες. Φασματογραφική ανάλυση Επιτρέπει τον εντοπισμό των διαφόρων συστατικών που υπάρχουν στα λιπαντικά έλαια, προσδιορίζοντας με αυτόν τον τρόπο τ εάνν το λιπαντικό ανταποκρίνεται πλέον στην επιθυμητή σωστή λειτουργία. Με βάση τα αποτελέσματα υπάρχει η ανάλογη αντίδραση, αντικαθιστώντας το λιπαντικό όπου αυτό είναι απαραίτητο, ή αναβαθμίζοντάς το. Για τον εντοπισμό της αιτίας που επέφερε την αλλοίωση στο λιπαντικό θα πρέπει να χρησιμοποιείται η φασματογραφική ανάλυση σε συνδυασμό με άλλες τεχνικές για την εξαγωγή συγκεκριμένων συμπερασμάτων. Φερρογραφία Μοιάζει πολύ με τη τ φασματογραφική ανάλυση με τη διαφορά ότι η φερρογραφία διαχωρίζει τα σωματίδια που προκαλούν μόλυνσηη στο λιπαντικό χρησιμοποιώντας μαγνητικό πεδίο αντί για καύση του δείγματος του λιπαντικού, όπως συμβαίνει στη φασματογραφική ανάλυση. Έτσι η 42

φερρογραφία επικεντρώνεται στον εντοπισμό της ύπαρξης μεταλλικών ή μαγνητικών σωματιδίων στο λιπαντικό. Μία άλλη διαφορά έγκειται στο ότι, παρέχει τη δυνατότητα εντοπισμού σωματιδίων στο λιπαντικό διαστάσεων από 10 έως 100 μm, οπότε είναι δυνατή μία σφαιρικότερη εικόνα της ολικής μόλυνσης στο λιπαντικό. Ανάλυση των σωματιδίων που προκαλούν τη φθορά Μέχρι πρόσφατα οι διάφορες μέθοδοι ανάλυσης του λιπαντικού στον τομέα της τριβολογίας γίνονταν με παραδοσιακές εργαστηριακές μεθόδους από εξειδικευμένο προσωπικό και ήταν εξαιρετικά χρονοβόρες και ακριβές διαδικασίες. Η σύγχρονη πρακτική όμως αυτών των μεθόδων, βασίζεται σε συστήματα μικροεπεξεργαστών τα οποία αυτοματοποίησαν αυτές τις διαδικασίες με αποτέλεσμα να γίνουν ταχύτερες και λιγότερο ακριβές. Κάνοντας ανάλυση των σωματιδίων που προκαλούν φθορά και με βάση τη σύνθεση, το μέγεθος και την ποσότητά τους δίνονται πληροφορίες για την κατάσταση στερεών σωματιδίων στο λιπαντικό της τα οποία θα έχουν μέγεθος μικρότερο από 10 μm. Όσο αυξάνεται το μέγεθος και η ποσότητα αυτών των σωματιδίων εντός του λιπαντικού, τόσο η κατάσταση της μηχανής θα επιδεινώνεται. Μία άλλη μέθοδος της τεχνικής αυτής ασχολείται με τον προσδιορισμό του υλικού αυτών των σωματιδίων που ενυπάρχουν στο δείγμα του λιπαντικού. Η χρήση των παραπάνω μεθόδων περιοδικής δειγματοληψίας και χημικής ανάλυσης των λαδιών συνεπάγεται ένα κόστος που εντοπίζεται όχι μόνο στον απαραίτητο πάγιο εξοπλισμό και προσωπικό, αλλά και στο κόστος των σχετικών αναλώσιμων που χρησιμοποιούν. Το γεγονός όμως ότι οι αλλαγές λαδιών δε γίνονται πλέον με τη συμπλήρωση καθορισμένων ωρών λειτουργίας, όπως προβλέπουν τα προγράμματα της Προληπτικής Συντήρησης, αλλά μόνο εάν απαιτείται από τα αποτελέσματα των αναλύσεων (ppm μετάλλων, μόλυνση λιπαντικού, πτώση ιξώδους ή σημείου ανάφλεξης, αφρισμός λιπαντικού κ.λπ.), εξασφαλίζει καλύτερη προστασία στα μηχανήματα, αφού τυχόν προβλήματα εντοπίζονται έγκαιρα και επιπλέον παρατείνει τη διάρκεια χρήσης του λιπαντικού. ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ (Process parameters) Η αποδοτικότητα μιας μηχανής εξαρτάται από το επίπεδο αποδοτικότητας που έχει σχεδιαστεί από τον κατασκευαστή της και από τις συνθήκες λειτουργίας που καταγράφονται αναλυτικά στο βιβλιάριο κάθε μηχανής, που πρέπει να τηρούνται αυστηρά. Ένα ολοκληρωμένο πρόγραμμα συντήρησης θα πρέπει να περιλαμβάνει και τη συστηματική παρακολούθηση των παραμέτρων αυτών, σε μηχανές οι οποίες είναι πρωταρχικής σημασίας για τη λειτουργία μιας εγκατάστασης. Παρατηρώντας το βαθμό απόδοσης μιας μηχανής και συγκρίνοντάς τον με προηγούμενες μετρήσεις είναι εφικτό να βρεθεί σε ποιο επίπεδο αποδοτικότητας δουλεύει η μηχανή (ικανοποιητικό ή όχι). Σε περίπτωση που ο βαθμός απόδοσης είναι πολύ χαμηλότερος σε σχέση με προηγούμενες μετρήσεις, τότε υπάρχει μια δυσλειτουργία στη μηχανή που θα πρέπει να επισκευαστεί άμεσα. 43

Σε αυτήν την περίπτωση υπάρχει ζημιά στην εγκατάσταση, που αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου αλλά υπάρχει και ζημιά στην παραγωγικότητα της εταιρίας που περιορίζεται λόγω λειτουργίας με χαμηλό βαθμό απόδοσης. ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΕ ΥΠΕΡΗΧΟΥΣ Υπάρχουν πολλές τεχνικές ελέγχου με χρήση υπερήχων αλλά όλες χρησιμοποιούνται για να προσδιορίσουν σφάλματα ή ανωμαλίες σε συγκολλήσεις, επιστρώσεις, σωληνώσεις, αγωγούς, άξονες κ.ο.κ. Ρήγματα, κενά, συσσωρεύσεις ουσιών, διαβρώσεις και σκουριές ανακαλύπτονται με τη μετάδοση υπερηχητικών παλμών ή κυμάτων διαμέσου του υλικού και αποτιμώντας το εξερχόμενο σήμα ώστε να προσδιοριστεί η θέση και η έκταση της ασυνέχειας του υλικού 3.8.2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΔΙΑΓΝΩΣΗΣ Κοινή παράμετρο όλων των πιο πάνω Μετρητικών Τεχνικών αποτελεί η απαίτηση για τη σωστή ερμηνεία των σχετικών μετρήσεων, με στόχο τη διάγνωση της βλάβης. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί διεθνώς μεθοδολογίες για την επεξεργασία των σχετικών μετρήσεων έτσι ώστε κατά το δυνατόν να μπορεί να υποκατασταθεί η κρίση του χειριστή του μηχανήματος από κατάλληλη, επιστημονικά τεκμηριωμένη επιστημονική διάγνωση. Οι μεθοδολογίες αυτές περιλαμβάνουν: Παρακολούθηση Λειτουργικών Παραμέτρων (Pαrαmeter Trending) Μεθόδους Επεξεργασίας Σήματος (Digitαl Signαl Processing) «Αυτόματες» Μεθόδους Διάγνωσης (Automαted Diαgnosis) ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ (Pαrαmeter Trending) Αποτελεί την πλέον πρωτογενή διαγνωστική μεθοδολογία. Μία πρώτη άμεση εφαρμογή της αποτελεί η παρακολούθηση των τάσεων εξέλιξης βασικών μεγεθών (physical parameters trending), που σχετίζονται άμεσα με τη φυσική διεργασία που εκτελείται από τον εξοπλισμό, όπως πιέσεις, παροχές, θερμοκρασίες κ.λπ. Η ανωμαλία ή η βλάβη συνάγεται έμμεσα από την επισήμανση τιμών εκτός λειτουργικών πλαισίων. Σημαντική ώθηση προς αυτή την κατεύθυνση έχουν δώσει μεταξύ άλλων η ανάπτυξη συστημάτων εποπτικής λειτουργίας των εγκαταστάσεων (Superνisory Control and Data Acquisition Systems), καθώς και το σχετικά χαμηλό πλέον κόστος των απαιτούμενων αισθητηρίων. Για παράδειγμα, στο Σχήμα 3.7 που ακολουθεί, φαίνεται ένα διάγραμμα εξέλιξης της θερμοκρασίας που προκύπτει από καταγραφές κατά τη συνεχή επιτήρησή της. Η χρησιμότητα τέτοιων διαγραμμάτων επομένως είναι προφανής, όχι μόνο για την απεικόνιση της κατάστασης του μηχανήματος, αλλά και για τη διατύπωση των αιτιών που προκάλεσαν βλάβη (root failure analysis). Η διερεύνηση των αιτιών και των μηχανισμών που οδήγησαν σε αστοχία θα βοηθήσει στη σχεδίαση και εφαρμογή συστημάτων που θα αποτρέπουν στο μέλλον την εμφάνιση βλαβών και θα διασφαλίζουν την ομαλή λειτουργία του μηχανήματος. 44

Επίσης τέτοια διαγράμματα βοηθούν στην εξαγωγή συμπερασμάτωνν από δοκιμαστικές εφαρμογές νέων υλικών, όπως για παράδειγμα τα λιπαντικά. Η επιτυχής δοκιμή ενός νέου λιπαντικού θα φέρει μικρότερα επίπεδα δονήσεων στα γρανάζια αλλά και χαμηλότερες θερμοκρασίες στα ρουλεμάν, που θα φανούνν άμεσα σταα διαγράμματα. Σχήμα 3.7. Εξέλιξη θερμοκρασιών σε έξι ρουλεμάν ενός μειωτήρα κίνησης. Τ01 έως Τ066 είναι οι αριθμοί των θερμοστοιχείων που μετρούν τη θερμοκρασία των ρουλεμάνν σε κάθε βαθμίδα. Μια άλλη εφαρμογή τους τ αποτελεί η παρακολούθ θηση των τάσεων εξέλιξης δευτερογενών μεταβλητών που προέρχονται από τις Μετρητικές Τεχνικές διάγνωσης βλαβών, με τυπική περίπτωση την παρακολούθηση των τάσεων εξέλιξης συνιστωσών του φάσματος συχνοτήτων των μετρήσεων των κραδασμών. ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΟΣ (Digitαl Signαl Processing) Λαμβανομένου υπόψη του μεγάλουυ όγκου των μετρήσεων που προέρχονται από τις Μετρητικές Τεχνικές έχει αναπτυχθεί μία μεγάλη κατηγορία μεθόδωνν επεξεργασίας των λαμβανόμενωνν σημάτων με στόχο την ελάττωση των σχετικών προς παρακολούθηση παραμέτρων και τον καλύτερο συσχετισμό τους με το αίτιοο βλάβης. Η συνηθέστερη μέθοδος στηρίζεται στην ανάλυση συχνοτήτων των λαμβανόμενων σημάτων με τον Ταχύ Μετασχηματισμό Fourier (FFT Fast Fourier Transform).. Τυπική εφαρμογή της αποτελεί η ανάλυση των μετρήσεων των κραδασμών. Έτσι συνιστώσες ή ομάδες συνιστωσών του τ λαμβανόμενου φάσματος μετρήσεων μπορούν να συσχετισθούν με συγκεκριμένο τύπο βλάβης. Πρόκειται για μία από τις πιο ευρέως διαδεδομένες μεθόδους ανάλυσηςς σημάτων. Αναλυτικότερη περιγραφή αυτή της μεθόδου θα γίνει σε επόμενο κεφάλαιο. Συμπληρωματικά έχει αναπτυχθεί μία μεγάλη ομάδα μεθόδων επεξεργασίας σήματος, με στόχο τη διευκόλυνση ειδικών διαγνωστικών προβλημάτων. Πολλές από αυτές τις μεθόδους παρουσιάζονται συνοπτικάά παρακάτω. 45

1.Ανίχνευση βλαβών με τη Χρήση Στατιστικών Παραμέτρων Όταν κάποια περιοδικά χτυπήματα (ringings) εξαιτίας κάποιας τοπικής βλάβης στο έδρανο κύλισης γίνουν κυρίαρχα, τότε το σήμα αποκτά απότομες κορυφές (ώσεις). Έτσι έχουν χρησιμοποιηθεί κάποια στατιστικά μεγέθη ως διαγνωστικές παράμετροι με σκοπό την ανίχνευση τοπικών βλαβών στα έδρανα κύλισης. Κάποιες από αυτές είναι η ενεργός τιμή (RMS), ο παράγοντας τοπικών μεγίστων, η κύρτωση και η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας (Probability density function). Αφού υπολογιστεί κάποιο από αυτά τα μεγέθη, η τιμή του συγκρίνεται με αντίστοιχες τιμές υγιών εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, η κύρτωση πρέπει να έχει μία τιμή γύρω στο 3,0 για κάποιο σχετικά τυχαίο σήμα από ένα υγιές έδρανο κύλισης. Αν μετρηθεί για κάποιο λόγο κάτι σημαντικά υψηλότερο, π.χ. 4,5, τότε θεωρείται ότι υπάρχει κάποιο σφάλμα στο υπό παρακολούθηση έδρανο κύλισης. Ένα σημαντικό μειονέκτημα των μεθόδων αυτών είναι ότι αδυνατούν να παρέχουν πληροφορίες για την τοπολογία της βλάβης, αφού δεν εκμεταλλεύονται τις τιμές των χαρακτηριστικών συχνοτήτων βλάβης του εκάστοτε εδράνου κύλισης. Επίσης ο παράγοντας τοπικών μεγίστων, η κύρτωση και η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας είναι πιθανόν να πέσουν σε τιμές υγιών εδράνων κύλισης σε περίπτωση που οι βλάβες αυξηθούν στους δακτυλίους και στα σώματα κύλισης (μπίλιες), κάτι που οδηγεί σε λανθασμένα συμπεράσματα. 2. Ανάλυση cepstrum (Λογαριθμικό φάσμα ισχύος) Καταρχάς πρέπει να τονιστεί ότι το όνομα cepstrum ανάλυση, δόθηκε για την τεχνική υπολογισμού μιας συνάρτησης που είναι το φάσμα ενός λογαριθμικού φάσματος. Λόγω του ότι το cepstrum είναι το φάσμα ενός φάσματος, η λέξη cepstrum προέκυψε από τη λέξη spectrum, και οι επόμενες ονομασίες δόθηκαν για τις παραμέτρους της ανάλυσης cepstrum: Quefrency αντί frequency (συχνότητα) Raymonics αντί harmonics (αρμονικές) Gamnitude αντί magnitude (πλάτος) Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, οι τοπικές βλάβες παράγουν περιοδικά χτυπήματα. Το φάσμα μιας τέτοιας δόνησης λοιπόν περιέχει μία χαρακτηριστική συχνότητα βλάβης και τις αρμονικές τις, με το μεγαλύτερο πλάτος να βρίσκεται γύρω από την ενεργοποιημένη ιδιοσυχνότητα (excited resonance frequency). Επειδή όμως η ενέργεια αυτού του σήματος απλώνεται σε μία μεγάλη περιοχή συχνοτήτων, μπορεί εύκολα να καλυφθεί από θόρυβο. Συνεπώς η απλή ανάλυση φάσματος δεν είναι ιδιαίτερα αποδοτική. Η ανάλυση cepstrum είναι χρήσιμη στην εύρεση περιοδικοτήτων στο φάσμα, για παράδειγμα στον εντοπισμό οικογενειών των αρμονικών των χαρακτηριστικών συχνοτήτων βλάβης, περιορίζοντας μια ολόκληρη οικογένεια αρμονικών σε μια απλή cepstral γραμμή. Οι μαθηματικές σχέσεις που δίνουν το cepstrum είναι: Αρχικός ορισμός X c (τ)= F[ln X(ω) 2 ] ή εναλλακτικά, X c (τ)= F 1 [ln[x(ω)]] 46

Όπου, X(ω)= F(x(t)) Η ανάλυση cepstrum, είναι πολύ αποτελεσματική στη διάγνωση της κατάστασης των εδράνων κύλισης. Δεν έχει λάβει όμως μεγάλης αποδοχής, εξαιτίας της πολυπλοκότητας των υπολογισμών αλλά και της δυσκολίας στην ερμηνεία των αποτελεσμάτων της σε σχέση με παρόμοιες μεθόδους. 3. Μέθοδος HFRT Η μέθοδος HFRT (αναλυτικά high frequency resonance technique), αποτελεί ίσως έναν από τους καλύτερους διαγνωστικούς αλγορίθμους στο πεδίο των εδράνων κύλισης. Το σήμα φιλτράρεται έτσι ώστε να αφαιρεθεί ο μηχανικός θόρυβος που βρίσκεται στις χαμηλές συχνότητες και έπειτα υπολογίζεται η περιβάλλουσα (envelope) του καινούριου σήματος. Η περιοδικότητα του σήματος περιβάλλουσας βρίσκεται είτε με ανάλυση φάσματος είτε με αυτοσυσχέτιση και συγκρίνεται με τις χαρακτηριστικές συχνότητες βλάβης. Αν βρεθεί κάποια ταύτιση, τότε το έδρανο κύλισης θεωρείται ελαττωματικό. Αν και έχει εξαιρετικά αποτελέσματα, ο αλγόριθμος HFRT απαιτεί πολλούς υπολογισμούς. Επίσης πρέπει να γίνουν αρκετά τεστ έτσι ώστε να βρεθούν οι ιδιοσυχνότητες του εκάστοτε εδράνου κύλισης, συνεπώς η μέθοδος κοστίζει και από άποψη πρόσθετου εξοπλισμού. 4. Σύγχρονος Μέσος Όρος Αυτός ο αλγόριθμος χρησιμοποιείται ως μία τεχνική προεπεξεργασίας με σκοπό τη βελτίωση της αναλογίας σήματος θορύβου (signal to noise ratio). Πρώτα υπολογίζεται η περίοδος των επαναλαμβανόμενων χτυπημάτων αντιστρέφοντας τη χαρακτηριστική συχνότητα βλάβης και έπειτα υπολογίζεται ο μέσος όρος διαδοχικών τμημάτων του σήματος, καθένα με διάρκεια μιας περιόδου. Έπειτα γίνεται η εύρεση του RMS ή χρησιμοποιούνται άλλοι διαγνωστικοί αλγόριθμοι. 5. Ανάλυση στο Πεδίο Χρόνου Συχνότητας Οι μέθοδοι αυτής της κατηγορίας έχουν τη δυνατότητα να παρουσιάσουν τον τρόπο με τον οποίο η διανομή της ενέργειας του σήματος σε διαφορετικές συχνότητες αλλάζει από τη μία στιγμή στην άλλη. Σε αυτήν την κατηγορία ανήκουν οι αλγόριθμοι όπως ο STFT (Short Time Fourier Transform) και οι μέθοδοι Wigner Ville και Choi Williams (CWD). Για μια ακόμη φορά το υπολογιστικό κόστος αποτελεί σημαντικό μειονέκτημα για την επιλογή αυτών των μεθόδων. 6. Βλάβες Κλωβού Έχουν ήδη αναφερθεί τα είδη σφαλμάτων στα έδρανα κύλισης. Τα σφάλματα στον κλωβό είναι ιδιαίτερα καθώς ουσιαστικά κάνουν διαμόρφωση του σήματος στη συχνότητα περιστροφής του κλωβού. Έτσι οι παραδοσιακοί αλγόριθμοι εύρεσης σφαλμάτων δεν είναι αποτελεσματικοί. Μία μέθοδος που εφαρμόζεται είναι η εξής: 47

Υπολογίζεται ο σύγχρονος μέσος όρος του σήματος σε μία περίοδο περιστροφής του κλωβού και έπειτα ελέγχεται για φαινόμενα σφάλματος κλωβού. 7. Μετασχηματισμός Κυματιδίου Ο μετασχηματισμός κυματιδίου (Wavelet Transform), είναι ιδιαίτερα χρήσιμος στην ανάλυση σημάτων που χαρακτηρίζονται ως απεριοδικά, ασυνεχή, με απότομες αλλαγές και θόρυβο. Η ικανότητά του να εξετάζει το σήμα ταυτόχρονα στο πεδίο του χρόνου και στο πεδίο της συχνότητας είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία πολλών εξελιγμένων μεθόδων βασισμένων στα κυματίδια. Σήμερα ο WT, έχει εφαρμογές σε πάρα πολλούς τομείς και βοηθάει στην ανάλυση πληθώρας φυσικών φαινομένων με μεγάλη επιτυχία. Κάποια παραδείγματα αποτελούν η ανάλυση κλιματικών φαινομένων, οικονομικών μεγεθών, καρδιολογικών σημάτων, μηχανικών διατάξεων, η αποθορυβοποίηση σεισμικών και αστρονομικών σημάτων, η συμπίεση βίντεο κ.α. Πιο συγκεκριμένα η ανάλυση μετασχηματισμού κυματιδίου, χρησιμοποιεί μικρές κυματοειδείς συναρτήσεις γνωστές ως κυματίδια. Το Σχήμα 3.8 (α), δείχνει μερικά παραδείγματα κάποιων κοινών κυματιδίων που χρησιμοποιούνται στην πράξη. Τα κυματίδια μετασχηματίζουν το υπό ανάλυση σήμα με τέτοιο τρόπο ώστε να παρουσιάζει την πληροφορία με μία πιο χρήσιμη μορφή. Αυτός ο μετασχηματισμός είναι γνωστός ως μετασχηματισμός κυματιδίου. Μιλώντας με μαθηματικούς όρους, ο WT αποτελεί ουσιαστικά τη συνέλιξη του κυματιδίου με το σήμα. Ένα κυματίδιο μπορεί να μεταλλαχθεί με δύο τρόπους. Πρώτον μπορεί να μεταφερθεί σε διάφορες τοποθεσίες του σήματος (Σχήμα 3.8 (β)) και δεύτερον μπορεί να απλωθεί ή να συμπιεστεί (Σχήμα 3.8 (γ)). Το Σχήμα 3.9, αποτελεί μια σχηματική αναπαράσταση του WT, ο οποίος βασικά υπολογίζει την τοπική ομοιότητα του κυματιδίου με το σήμα. Αν το κυματίδιο ταιριάζει αρκετά με το σχήμα του σήματος σε συγκεκριμένη κλίμακα και τοποθεσία, όπως συμβαίνει στην πρώτη απεικόνιση του Σχήματος 3.9, τότε λαμβάνεται μια μεγάλη τιμή του μετασχηματισμού. Αντίθετα, αν το κυματίδιο και το σήμα δεν συσχετίζονται ικανοποιητικά, τότε λαμβάνεται μια χαμηλή τιμή μετασχηματισμού. Κατόπιν, η τιμή του μετασχηματισμού τοποθετείται σε ένα δισδιάστατο πεδίο μετασχηματισμού όπως φαίνεται στη δεύτερη απεικόνιση του Σχήματος 3.9 (μαύρη τελεία). Ο μετασχηματισμός υπολογίζεται σε διάφορες τοποθεσίες του σήματος και για διάφορες κλίμακες του κυματιδίου, συμπληρώνοντας έτσι το πεδίο μετασχηματισμού. Αυτό μπορεί να γίνει είτε σε συνέχεια, οπότε πρόκειται για συνεχή μετασχηματισμό κυματιδίου (CWT), είτε με διακριτά βήματα, οπότε πρόκειται για διακριτό μετασχηματισμό κυματιδίου (DWT). Σχεδιάζοντας τον WT καθιστάται ικανή η συσχέτιση του κυματιδίου και του σήματος, σε διάφορες κλίμακες και σημεία. Παρακάτω ο WT καλύπτεται και από μαθηματική σκοπιά. 48

Σχήμα 3.8. (α) Κάποια κυματίδια,, (β) Αλλαγή τοποθεσίας, (γ) Αλλαγή κλίμακας, [1]. Σχήμα3.9. Το κυματίδιο, το σήμα και ο μετασχηματισμός, [1]. 49

«ΑΥΤΟΜΑΤΕΣ» ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΑΓΝΩΣΗΣ (Automαte ed Diαgnosis) Χρησιμοποιούνταιι κυρίως για την υποκατάσταση της διαγνωστικής εμπειρίας του προσωπικού λειτουργίας ή συντήρησης από αυτοματοποιημένα συστήματα διάγνωσης στηριγμένα σε σωστά τεκμηριωμένες επιστημονικές αρχές. Τυπικά Τ τέτοια συστήματα αποτελούν τα μοντέλα αναφοράς της λειτουργίας της εγκατάστασης για τη σύγκριση των λαμβανόμενων μετρήσεων με τα «αποτελέσματα της ορθήςς λειτουργίας» (Reference Model Based Diagnosis), τα έμπειρα συστήματα (expert systems) ή συστήματα στηριζόμενα σε νευρωνικά δίκτυα (neutral networks) ή ασαφή λογική (fuzzy logic). Παρά το γεγονός ότι τα συστήματα αυτής της μορφής βρίσκονταιι ακόμη κυρίως σε ερευνητικό επίπεδο, η πρακτική εφαρμογή τους σε πολλές π περιπτώσεις έχει οδηγήσει σε χρήσιμα αποτελέσματα. Νευρωνικά Δίκτυα Με τη χρήση νευρωνικών δικτύων γίνεται σύγκριση δονητικών σημάτων κατά τη διάρκεια επιτάχυνσης φυσιολογικών ρουλεμάν με ρουλεμάνν τα οποία έχουν υποστεί βλάβη. Μέσω στατιστικών αναλύσεων δημιουργείται μία βάση δεδομένων, οι παράμετροι της οποίας αποτελούν αξιόπιστη επιλογή διαγνωστικού ελέγχου συνθηκών ρουλεμάν. Επιτυγχάνεται διάκριση 100% μεταξύ ρουλεμάν χωρίς φθοράά και με φθορά ενώ ταυτόχρονα γίνεται ταξινόμηση τωνν στοιχείων μηχανών αναλόγως την κατάσταση στην οποία βρίσκονται. Χρησιμοποιούνταιι δύο είδη νευρωνικών ν δικτύων. Το πρώτο αποτελείταα αι από σύστημα αλγορίθμου διάδοσης σφάλματος και το δεύτερο από έναα σύστημαα συντονισμού. Μπορεί να γίνει έλεγχος των συνθηκώνν των ρουλεμάν χωρίς να υπάρχουν παράμετροι σχέσεων στοιχείων του συστήματος. Παρ όλα αυτά, για τον εντοπισμό της βλάβης κάποιου ρουλεμάν είναι προτιμότερο να γίνει επιλογή σωστών παραμέτρων όπωςς είναι η δόνηση και ο θόρυβος. Σχήμα 3.10. Σχηματικός έλεγχος ρουλεμάν τα στοιχεία του οποίου μέσω της μεθόδου των νευρωνικών δικτύων οδηγούν σε αξιόπιστα αποτελέσματα. 50

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΒΛΕ ΕΠΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΜΕ ΜΕΘΟΔΟΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΡΑΔΑΣΜΩΝ (VSA) ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ FFT ΤΗ 4.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η προβλεπτική συντήρηση είναιι η τρέχουσα μεθοδολογία συντήρησης στην κατασκευαστική βιομηχανία. Η παρακολούθηση των δονήσεων (Vibration Monitoring) στις μηχανές και η μετέπειτα ανάλυση του φάσματος (Vibration( Spectrum Analysis) είναι η πιο πρόσφατη αξιόπιστη τεχνική για την επιτυχία μεγαλύτερημ ης αξιοπιστίας στον εξοπλισμό. Σχήμα 4.1. Ποιοτικό διάγραμμα πορείας προς τη βλάβη μιας μηχανής, [5]. Η παρακολούθηση δονήσεων είναι η πιο αξιόπιστη μέθοδος αποτίμησης της γενικής κατάστασης μίας περιστρεφόμενης μηχανής. Η ανάλυσηη φάσματος παρέχει σαφείς, μετρήσιμες πληροφορίες και επιτρέπει στο μηχανικό να γνωρίζει την κατάσταση της μηχανής. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται χρησιμοποιώνταςς αισθητήρες τοποθετημένους στις μηχανές που μετράνε επιτάχυνση, ταχύτητα ή και κ μετατόπιση. Η ανάλυση φάσματος παραλαμβάνει το σήμα από τους αισθητήρες και το επεξεργάζεται εντοπίζοντας τις συχνότητες που εμφανίζονται χρησιμοποιώντας είτεε αναλογικά φίλτρα (στοο παρελθόν), είτε ανάλυση Fourier του σήματος (FFT Analysis) σε λογισμικό ηλεκτρονικού υπολογιστή. Όταν ένα στοιχείο μηχανής έχει φθαρεί ή αστοχήσει, μία συγκεκριμένη συχνότητα στο φάσμα θα διεγερθεί, εμφανίζονταςς μεγαλύτερο πλάτος. Στην πραγματικότητα κάθε σφάλμα της περιστρεφόμενης μηχανής παράγει δονήσειςς με διακριτά χαρακτηριστικά σε συγκεκριμένες συχνότητες. Οι δονήσεις αυτές μπορούν να μετρηθούν και να συγκριθούν με μεγέθη αναφοράς με σκοπό την ανίχνευση και τη διάγνωση του σφάλματος. 51

Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο FFT, το σήμα των δονήσεων αναλύεται σε έναν αριθμό διακριτών συχνοτήτων και προβάλλεται ένα γράφημα δύο διαστάσεων με οριζόντιο άξονα τις συχνότητες και κάθετο τα πλάτη. Η ενέργεια σε κάθεε μία από αυτές τις συχνότητες δίνει ένδειξη της δριμύτητας του αντίστοιχου σφάλματος. Στην περίπτωση που το σφάλμα είναι σοβαρό, εμφανίζονται και αρμονικές α της συχνότητας αυτής με διεγερμένα πλάτη. Όπως υποδεικνύει η εμπειρία, η συχνότητα δίνει πληροφορί ία για τη δύναμη που δρα στο σύστημα και προκαλεί τη δόνηση. Για παράδειγμα, η αζυγοσταθμία συμβαίνει πάντα σε συχνότητα ίση με τη συχνότητα περιστροφής της ατράκτου (1xRPM), αυτό σημαίνει ότι η δύναμη που δρα στην άτρακτο λόγω της έκκεντρης μάζας, εμφανίζει περιοδικότητα 1xRPM. Είναι γνωστό ότι η δόνησηη με τη δύναμη έχουνν σχέση αιτίου της συχνότητας περιστροφής) και ασύγχρονες (μη πολλαπλάσια της συχνότητας περιστροφής). Η συλλογή δονήσεων και η σωστή μέτρησηη μπορεί ναα γίνει αρκετά δύσκολη εργασία. Ανάλογα με την κρισιμότητα του εξοπλισμού που παρακολουθείται πρέπει να ορίζεται και η συχνότητα μέτρησης και παρακολούθησης, όπως και να αιτιατού και έτσι η πληροφορία για τη δόνηση παρέχει πληροφορία για τη δύναμη. Οι συχνότητες από τις μηχανικές δονήσεις είναι δύο τύπων: σύγχρονεςς (πολλαπλάσια ευρεθούν τα κατάλληλα σημεία μέτρησης. Η όλη διαδικασία μέτρησης και ανάλυσης των κραδασμών παρουσιάζεται και παραστατικά στο Σχήμα 4.2 που ακολουθεί. Σχήμα 4.2. Μέτρηση και ανάλυση κραδασμών, [8]. 4.1.1. ΣΥΝΗΘΗ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΝΤΟΠΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕΣΩ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΡΑΔΑΣΜΟΥ Μερικά από τα ελαττώματα στον εξοπλισμό που εντοπίζονται με τη μέθοδο μέτρησης και ανάλυσης κραδασμών είναι τα εξής: Αζυγοσταθμία ατράκτου Κάμψη άξονα Εκκεντρότητα Κακή ευθυγράμμιση Χαλαρότητα Σφάλματα σε ιμάντες 52

Σφάλματα σε οδοντωτούς τροχούς Σφάλματα σε έδρανα κύλισης και ολίσθησης Ραγισμένος άξονας Προβλήματα στο στάτορα ή το ρότορα κινητήρα Υδραυλικές και αεροδυναμικές δυνάμεις. Στον Πίνακα 4.1 παρουσιάζονται συνοπτικά τα συνηθέστερα συμπτώματα σε στοιχεία μηχανών, [5]. ΣΥΜΠΤΩΜΑΤΑ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ SIDEBANDS COMMENTS Unbalance 1X of f s 0 Mass Imbalance Misalignment 2X, 3X of f s 0 Couplings, belt drive Looseness (3-10 H) 3X-10X of f s 0 Structural looseness Looseness (0.5-3.5 H) 0.5X, 1.5X, 2.5X, 3.5X of f s 0 Excessive bearing play BPFO= f outer = (n/2)*f s *[1-(BD/PD)*cosφ] 0 Ball Pass Frequency Outer Race BPFI= f inner = 0 Ball Pass Frequency Bearings (n/2)*f s *[1+(BD/PD)*cosφ] Inner Race BSF= f ball = f s *(PD/BD)*[1-0 Ball Spin Frequency (1+(BD/PD)*cosφ) 2 ] FTF= f cage = 0 Fundamental Train Gears damage (f s /2)*[1-(BD/PD)*cosφ] 1X-4X of GF=N*S Where N=number of teeth S=speed Frequency-Cage ±3 f s Gearmesh Frequency Gears alignment 2X-3X of GF ±1 f s Not be use together with symptom gear damage for the same measuring point Hunting tooth Worn or loose belts 1X, 2X of HT=(G s *U)/L Where G s =speed of gear U=Uncommon factor of gear L= Least common multiple 1X-4X of BPF= π*pitch diameter (of pulley running at RPM1)/belt length 0 One faulty tooth on Z1 meets a faulty tooth on Z2 0 Belt Frequency(belt or pulley misalignmentcause peaks at 1Xof the driving or driven pulley (symptom unbalance)) 53

4.1.2. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΡΑΔΑΣΜΩΝ (VSA) Η εφαρμογή της τεχνικής παρακολούθησης κραδασμών (Vibration Monitoring), μπορεί να προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα στην εφαρμογή της. Αυτά συνοψίζονται επιγραμματικά στα παρακάτω: Βελτιωμένη διαθεσιμότητα του εξοπλισμού. Οι βελτιώσεις στην αξιοπιστία των μηχανών συμβαίνουν για πολλούς λόγους. Αρχικά, μειώνεται το κόστος της σχεδιασμένης συντήρησης, διότι η συντήρηση πια εκτελείται μόνο όταν αυτό καθιστάται αναγκαίο. Δεύτερον, εάν ο συνολικός αριθμός των έκτακτων βλαβών μειωθεί, θα εμφανιστεί αντίστοιχη μείωση του συνολικού χρόνου κατά τον οποίο μια μηχανή βρίσκεται εκτός λειτουργίας. Τέλος, καθώς η παρακολούθηση κραδασμών μπορεί να μειώσει την πιθανότητα δευτερεύουσας βλάβης προβλέποντας το πότε θα συμβεί, ο μέσος χρόνος επιδιόρθωσης μιας έκτακτης βλάβης αναμένεται να μειωθεί. Ελαττωμένα κόστη έκτακτου σταματήματος των μηχανών. Καθώς αναμένεται μείωση των δευτερευουσών βλαβών, λιγότερα ανταλλακτικά αναμένεται να χρειάζονται και να χρησιμοποιούνται σε κάθε προγραμματισμένη συντήρηση. Επίσης μπορεί να προκύψουν οφέλη από την ικανότητα της παρακολούθησης κραδασμών στην πρόβλεψη πολλών αστοχιών. Αυτό σημαίνει ότι τα επίπεδα των αποθεμάτων ανταλλακτικών θα μειωθούν. Επιπροσθέτως, μειώνεται ο αριθμός των εργαζομένων που απασχολούνται στις επισκευές εκτάκτων βλαβών. Βελτιωμένη αξιοπιστία και ασφάλεια. Οι βελτιώσεις στην αξιοπιστία οφείλονται σε δύο κύριους λόγους. Πρώτον η προβλεπτική φύση της παρακολούθησης κραδασμών καθιστά δυνατή την αντικατάσταση εξοπλισμού, προτού συμβεί κάποιο ατύχημα. Δεύτερον η αξιοπιστία βελτιώνεται με τη μείωση του αριθμού των βλαβών που εμφανίζονται στην προγραμματισμένη συντήρηση. Οι βελτιώσεις αυτές, μειώνουν το κόστος της ασφάλισης. Βελτιωμένες δυνατότητες χρονικού προγραμματισμού. Μία από τις παράπλευρές συνέπειες της εφαρμογής της παρακολούθησης κραδασμών είναι ότι βελτιώνει τον προγραμματισμό της συντήρησης και άρα και της παραγωγής. Με τη μέθοδο αυτή μπορούν να ενσωματωθούν τα σταματήματα των μηχανών στα προγράμματα παραγωγής ενώ η μείωση στις έκτακτες βλάβες μειώνει την ανάγκη προσαρμογής των προγραμμάτων παραγωγής. Αλλά παρουσιάζει και μειονεκτήματα: Οριακά πλεονεκτήματα Δυσκολίες στην οργάνωση Το ποσοστό επιτυχούς πρόβλεψης αγγίζει το 80% των περιπτώσεων ενώ τα οφέλη της εφαρμογής της μεθόδου είναι οριακά σε μη κρίσιμα κέντρα εργασίας. Ταυτόχρονα εισάγει κόστη εξοπλισμού και εκπαίδευσης προσωπικού λόγω της αυξημένης ανάγκης διαχείρισης δεδομένων. Παράλληλα, όπως συμβαίνει συνήθως στην εισαγωγή νέων μεθόδων στα βιομηχανικά περιβάλλοντα, θα εμφανιστούν λάθη και δυσλειτουργίες κατά την αρχική περίοδο εφαρμογής. Σύμφωνα με μελέτες που έχουν εκπονηθεί αναφέρονται τα εξής οφέλη από την παρακολούθηση κραδασμών: 54

Μείωση κόστους κατά 1,2% στην προστιθέμενη αξία των παραγομένων Τα 2/3 της προαναφερθείσας μείωσης ήταν αποτέλεσμα της αύξησης της διαθεσιμότητας λόγω της μείωσης των σταματημάτ των της παραγωγής και Το 1/3 της μείωσης ήταν αποτέλεσμα της ελάττωσης του κόστους συντήρησης που οφειλόταν στη βελτιωμένη διαχείριση των σταματημάτωνν των μηχανών 75% μείωση σε έκτακτα σταματήματα των μηχανώνν 50% μείωση στα εργατικά κόστη για τα σταματήματ τα για επισκευή Τα κόστη σχετικά με την εφαρμογήή ενός συστήματος παρακολούθησης κραδασμών, είναι τα εξής: Κόστη προετοιμασίας (setup): 1% του κεφαλαιουχικού κόστους εξοπλισμού Αγορά εξοπλισμού: 40% του κόστους προετοιμασίας Κόστη εκπαίδευσης προσωπικού: 60% του κόστουςς λειτουργίας Λειτουργικά κόστη: 1/3 τουυ συνόλου του κέρδους από την εφαρμογή της μεθόδου. Όπως φαίνεται από την παραπάνω ανάλυση η μέθοδος αυτή α έχει περιθώρια μείωσης του κόστους εφαρμογής της. Σε αυτή την εργασία γίνεται προσπάθεια με απλό τρόπο να εφαρμοστεί η βασική τεχνική της παρακολούθησης κραδασμών με όσο το δυνατό πιο απλό τρόπο και εξοπλισμό. Ακόμη και αν εφαρμοστεί ί χωρίς ιδιαίτερο πρόγραμμα, μπορεί να αποδώσει οφέλη καθώς εντοπίζονται απλά ατυχείς μέθοδοι συντήρησης και λάθος πρακτικές επιδιόρθωσης. Σε αυτές περιλαμβάνονται εσφαλμένη τοποθέτηση και αντικατάσταση ρουλεμάν, ανεπιτυχείς ευθυγράμμιση ατράκτων ή ζυγοστάθμιση. Σχεδόν το 80% των συνηθισμένων βλαβών σε περιστρεφό όμενες μηχανές οφείλονται σε κακή ευθυγράμμιση και αζυγοσταθμία. Η ανάλυση των δονήσεωνν είναι ένα ισχυρό εργαλείο για να μειωθούν ή και να εξαλειφθούν επαναλαμβανόμεναα προβλήματα στην καθημερινή πρακτική του εργοστασίου. Έτσι θεωρείται επίκαιρη η προσπάθεια να καλιμπραριστούν οι απλές μετρητικές συσκευές του εργοστασίου και να αναπτυχθούν προγράμματα ανάλυσης που να τις εκμεταλλεύονται πλήρως. 4.2. ΔΟΝΗΣΕΙΣ 4.2.1.ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ Η κατανόηση του πώς το μοντέλο σώμα ελατήριο ανταποκρίνεται ι σε μια εξωτερική δύναμη είναι θεμελιώδης για τηνν κατανόηση, αναγνώριση και ι επίλυση πολλών ζητημάτων στο κομμάτι της μέτρησης και ανάλυσης δονήσεων. Η παρακάτω εικόνα δείχνει το σύστημα μάζας ελατηρίου. Η μάζα Μ είναι αναρτημένη σε ένα ελατήριο σταθεράς k και στοο μπροστινό της μέρος έχει προσαρμοσμένο πιστόνι το οποίο κινείται μέσα σε λάδι και παρέχει την απαραίτητηη απόσβεση. Σχήμα 4.3. Σύστημα σώματος ελατηρίου με αποσβεστήρα, [5]. 55

Όταν ασκηθεί μια εξωτερική δύναμη F στη μάζα M προς τα εμπρός, συμβαίνουν δύο πράγματα: Το ελατήριο συμπιέζεται καιι το λάδι του πιστονιού κινείται προς τα πίσω διερχόμενο από το μικρό άνοιγμα πάνω στο πιστόνι. Η δύναμη F έχει ναα ξεπεράσει την αδράνεια της μάζας Μ, την ελαστικότητα του ελατηρίου k, και τηνν απόσβεση C λόγω της εξαναγκασμένης ροής του λαδιού από την μπροστινή στην πίσω πλευράά του πιστονιού (αμορτισέρ). Όλες οι μηχανές έχουν αυτές τις τρεις θεμελιώδεις ιδιότητες που συνδυασμένες καθορίζουν το πως αντιδρά η μηχανή σε δυνάμεις που προκαλούν δονήσεις, ακριβώς όπως το σύστημα ελατηρίου μάζας που περιγράφηκε. Έτσι οι τρεις θεμελιώδεις ιδιότητες είναι Μάζα(Μ): Αντιπροσωπεύει την αδράνεια του σώματος και παραμένει σταθερή κατά όλη τη διάρκεια του φαινομένου Ελαστικότητα(k): Δύναμη εξαρτώμενη από την συσπείρωση του ελατηρίου. Απόσβεση( (C): Η δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση (ταχύτητα) του σώματος Θέτοντας απλά το ζήτημα, ένα ελάττωμα σε μια μηχανή προκαλεί π μια ταλαντωτική κίνηση.. Η αδράνεια, η ελαστικότητα και η απόσβεση αντιτίθενται στη δύναμη που προκαλείται από το ελάττωμα. Αν οι ταλαντωτικές δυνάμειςς λόγω τωνν ελαττωμάτων είναι μεγαλύτερες από το άθροισμα των αντιτιθέμενων δυνάμεων τότεε η ταλάντωση γίνεται αισθητή και το ελάττωμα μπορείί να διαγνωσθεί. 4.2.2. ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Έστω μία άτρακτος που έχει μάζα M, στηρίζεται από δύο ρουλεμάν. Η μάζα υποτίθεται ότι είναι συγκεντρωμένη μεταξύ των ρουλεμάν, και περιλαμβάνει μια αζυγοστάθμητη μάζα Mu τοποθετημένη σε συγκεκριμένη ακτίναα r και περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα ω, όπου: ω = 2 π (rpm/60), όπου rpm = στροφές ανά λεπτό Σχήμα 4.4. Απόκρισηη συστήματος ατράκτου, [5]. Η ταλαντωτική δύναμη που παράγεται από την αζυγοστάθμητη μάζα Mu είναι: F (αζυγοσταθμίας) = Mu r ω 2 sin(ωt), όπου t ο χρόνος σεε sec Η δύναμη που αντιτίθεται είναι: M α + C v + k d, όπου α= επιτάχυνση, v= ταχύτητα και d= μετατόπιση Αν το σύστημα είναι σε ισορροπία τότε αυτές οι δυνάμεις είναι ίσες. 56

Εντούτοις στην πραγματικότητα οι αντιτιθέμενες δυνάμεις δεν δρουν ταυτόχρονα. Με μεταβλητές συνθήκες μεταβάλλονται και κάποια από αυτές δρα περισσότερο. Αυτό με τη σειρά του προκαλεί μεταβλητότητα στην συνισταμένη δύναμη που δρα κάθε στιγμή στην άτρακτο. Γι αυτό η ταλάντωση που θα προκληθεί από αζυγοσταθμία θα είναι μεγαλύτερη αν η αντιτιθέμενη δύναμη είναι μικρότερη από την ταλαντωτική. Οποιαδήποτε απόκλιση από την ισορροπία των δυνάμεων αυτών θα προκαλέσει ταλάντωση. 4.2.3. Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΤΑΛΑΝΤΩ ΩΣΗΣ Ταλάντωση είναι η παλινδρομική κίνηση ενός σώματοςς που δέχεται περιοδικά την επίδραση αντιτιθέμενων δυνάμεων. Το πιο κλασικό απλοποιημένο παράδειγμα είναι ένα σώμα με μάζα M το οποίο έχει αναρτηθεί σε ελατήριοο σταθεράςς k. Με την άσκηση δύναμης στο σώμα προκαλούμε συσπείρωση του ελατηρίου και κίνηση του σώματος στα αριστερά, όταν η μάζα αφεθεί ελεύθερη κινείται προςς τη θέση ισορροπίας υπό την επίδραση της δύναμης του ελατηρίου, την ξεπερνά και φτάνει στο άλλο άκρο τεντώνοντας το ελατήριο η δύναμη του οποίου τώρα ασκείται προς την αντίθετη κατεύθυνση και τείνει να επιστρέψει το σώμα στην θέση ισορροπίας. Αυτή παλινδρομική κίνηση τείνει να γίνεται διαρκώς όταν στο σ σύστημα δεν δρουν μη συντηρητικές δυνάμεις όπως η τριβήή και η απόσβεση. Σχήμα 4.5. Η φύση της ταλάντωσης, [5]. Μετά την παραπάνω ανάλυση, είναι κανείς σε θέση ναα δεχθεί ευκολότερα κάποιες έννοιες όσον αφορά τα χαρακτηριστ στικά ενός σήματος ταλάντωσης. Στο Σχήμα 4.6 του συστήματος μάζας ελατηρίου, φωτογραφίζεται η κίνηση του σε συνάρτησηη με το χρόνο. Η κίνηση από τη θέση ισορροπίας στο άνω άκρο μετά πάλι στη θέση ισορροπίας κάτω άκρο και πάλι θέση ισορροπίας αποτελεί ένα πλήρηη κύκλο της κίνησης. Ο κύκλος αυτός περιέχειι όλες τις πληροφορίεςς για την μέτρηση της δόνησης δ ενός συστήματος. 57

Η κίνηση περιγράφεται από την παρακάτω σχέση μετατόπισης της χρόνου εκφρασμένη με ημιτονοειδή συνάρτηση. μάζας και του X= Χ 0 *sin (ωt) Όπου, Χ= μετατόπιση στην εκάστοτεε χρονική στιγμή t X 0 = μέγιστη μετατόπιση από την θέση ισορροπίας ω= 2 π f, όπου f η συχνότητα περιστροφής (στροφές / sec) Σχήμα 4.6. Απλό αρμονικό κύμα θέση ελατηρίου μάζας συναρτήσει τουυ χρόνου Η σχέση που δίνει την ταχύτητα του σώματος κάθε στιγμή προκύπτει από την χρονική μεταβολή της μετατόπισης : Και η επιτάχυνση από την χρονική μεταβολή της ταχύτητας: Από τις παραπάνω εξισώσεις γίνεταιι φανερό ότι η μορφή και η περίοδος του κραδασμού παραμένουν ίδιες ανεξάρτητα αν μετράμε μετατόπιση, ταχύτητα ή επιτάχυνση. Η ταχύτητα προηγείται της μετατόπισης με διαφορά φάσης 90 και η επιτάχυνση της ταχύτητας άλλες 90. Αυτό είναι εμφανές στηνν παρακάτωω εικόνα. 58

Σχήμα 4.7. Κυματομορφή επιτάχυνσης, ταχύτητας και κ μετατόπισης, [5]. 4.2.4. ΟΡΙΑ ΚΑΙ ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΔΟΝΗΣΕΩΝ (ISO 2372) Όπως αναφέρεται παραπάνω το πλάτος της ταλάντωσης (μετατόπιση, ταχύτητα ή επιτάχυνση) είναι μέτρο της τ σοβαρότητας του ελαττώματος της μηχανής. Συνηθισμένο δίλημμα του αναλυτή δονήσεων είναι να ξεχωρίσει αν οι δονήσεις είναι αποδεκτές και επιτρέπουν περαιτέρω λειτουργία της μηχανής με ασφαλήή τρόπο. Για να λυθεί αυτό το δίλημμα είναιι σημαντικό να γίνονται τακτικοί έλεγχοι δονήσεων ώστε να ανιχνεύονται οι βλάβες σε πρωταρχικό στάδιο. Στόχος δεν είναι να διαπιστωθεί πόση δόνηση μπορεί να παράγει μια μηχανή μέχρι να φτάσει στην καταστροφή! Στόχος πρέπει να ορισθεί ένα γενικό επίπεδο δόνησης που να προειδοποιεί για το επικείμενο πρόβλημα ώστε κάποιος να μπορεί να λάβει τα μέτρα του εκτελώντας τις απαραίτητες διαδικασίες συντήρησης προτού εμφανιστεί η αστοχία. Απόλυτα όρια στις δονήσεις για οποιαδήποτε μηχανή δεν είναι εφικτά. Αυτό συμβαίνει διότι είναι αδύνατο να οριστεί ένα όριο δόνησης, η υπέρβαση του οποίου θα οδηγήσει άμεσα σε αστοχία της μηχανής. Η πορεία και οι παράγοντες που καθορίζουν μια μηχανική βλάβη είναι ιδιαιτέρως πολύπλοκη ώστε να επιτρέψουν τον καθορισμό των απόλυτων ορίων. Ωστόσο θα ήταν αδύνατο να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά οι δονήσεις ως ένδειξη της κατάστασης μιας μηχανής ανν δεν υπάρχουν κάποιες γενικές κατευθυντήριες γραμμές. Η εμπειρία σε διαφόρωνν τύπων μηχανές έχειι βοηθήσειι στη διαμόρφωση αυτών των οδηγιών. Η πιο αποδεκτήή οδηγία πάνω στα όρια των δονήσεων παγκοσμίως είναι αυτή που καθορίζεται από την τυποποίηση ISO 2372, που θα παρουσιαστεί αναλυτικότεραα παρακάτω. Σημειώνεται ότι η πιο κοινή παράμετροςπ ς για την ανάλυση δονήσεων είναι η ταχύτητα. Επίσης τα περισσότερα σφάλματα παρουσιάζονται στο εύρος συχνοτήτων από 10 έως 1000 Hz. Ο ευρύτερα χρησιμοποιούμενος δείκτης δριμύτητας τωνν δονήσεωνν είναι αυτός που καθορίζει το πρότυπο ISO 2372 (BS 4675). Τα πρότυπα μπορούν μ ναα χρησιμοποιηθούν για να καθορίσουν τα αποδεκτά επίπεδα δόνησης για τις διάφορες κατηγορίες μηχανημάτων. Κατά συνέπεια, γιαα να χρησιμοποιηθεί το πρότυπο του ISO, είναι απαραίτητο ταξινομηθεί αρχικά η μηχανή που θα μετρηθεί. Από το διάγραμμα του προτύπου και έχοντας τη μέτρηση μπορεί να διαπιστωθεί ί η δριμύτητα της βλάβης του στοιχείου μηχανής. 59

Τα πρότυπα χρησιμοποιούν την παράμετρο της ταχύτητας RMS για να δείξουν τη δριμύτητα. Τα γράμματα Α, Β, Γ και Δ όπως φαίνονται στο Σχήμα 4.8, ταξινομούν τη δριμύτητα. Σχήμα 4.8. ISO 2372 Οδηγία του ISOO για τη δριμύτητα δόνησης μηχανημάτων, [9]. Κατηγορία Ι: Μεμονωμένα στοιχεία μηχανών και μηχανές συνδεμένες σ ς ολοκληρωτικά με μια πλήρη μηχανή σε κανονική κατάσταση λειτουργίας της (χαρακτηριστικά παραδείγματα των μηχανών σε αυτήν την κατηγορία είναι ηλεκτροπαραγωγές μηχανές μέχρι 15 kw). Κατηγορία ΙΙ: Μεσαίου μεγέθους μηχανές (χαρακτηριστικά ηλεκτροπαραγωγές μηχανές 15 75 kw) χωρίς ειδικές βάσεις, στερεάά τοποθετημένες μηχανές ή μηχανές με ειδικές βάσεις (μέχρι 300 kw). Κατηγορία ΙΙΙ: Μεγάλες κύριες μεταφορικές μηχανές και άλλες μεγάλες μηχανές με περιστρεφόμενες μάζες τοποθετημένεςς σε στερεά και βαριάά θεμέλια, τα οποία είναι σχετικά δύσκαμπτα στην κατεύθυνση της δόνησης. Κατηγορία IV: Μεγάλες κύριες μεταφορικές μηχανές και άλλες μεγάλες μηχανές με περιστρεφόμενες μάζες τοποθετημένεςς σε στερεά και βαριάά θεμέλια, τα οποία είναι σχετικά μαλακά στην κατεύθυνση μέτρησης δόνησης (για παράδειγμα, συστήματα στροβιλογεννητριών, ειδικά με ελαφριέςς υποδομές). Στην πράξη αυτό που καθορίζει το πρότυπο είναι το αποδεκτό ή μη αποδεκτό πλάτος της δόνησης που εμφανίζεται σε μία συγκεκριμένη συχνότητα για κάθε μετρούμενο στοιχείοο μηχανής. Φαίνεται έτσι άμεσα α η οξύτητα της βλάβης. Το πλάτος της δόνησης αντιπροσωπεύει στην πραγματικότητα την ενέργεια το κραδασμού. Όσοο πιο σοβαρή η βλάβη, τόσο μεγαλύτερο το ποσό της μεταδιδόμενης ενέργειας και τόσο μεγαλύτερο το εμφανιζόμενο πλάτος στο μετρούμενο φάσμα. 60

4.3. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΧΡΟΝΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER (FFT) Η δόνηση μίας μηχανής είναι μία φυσική κίνηση. Οι αισθητήρες δονήσεων μετατρέπουν αυτή την κίνηση σε ηλεκτρικό σήμα, το οποίο εν συνεχεία συλλέγεται και περνάει από ανάλυση. Οι αναλυτές επεξεργάζονται το σήμα για να δώσουν το φάσμα FFT και άλλες παραμέτρους. Θα γίνει μια σύντομη αναφορά στην επεξεργασία του σήματος, η οποία τελικά θα δώσει τις απαραίτητες πληροφορίες για την παρακολούθηση των μηχανών. Για να επιτευχθεί η τελική επιθυμητή μορφή, το σήμα επεξεργάζεται διερχόμενο από τα παρακάτω βήματα: Αναλογική είσοδος ενισχυμένου σήματος Φιλτράρισμα ψευδοσυχνοτήτων Αναλογο ψηφιακή μετατροπή Υπέρθεση Παραθυροποίηση (Windowing) FFT Τελική επεξεργασία Προβολή / Αποθήκευση Προτού αναλυθούν αυτά τα βήματα, θα γίνει μια αναφορά σε ορισμένες βασικές έννοιες. 4.3.1. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER Η απόκριση ενός ταλαντωτικού συστήματος μπορεί να μετρηθεί σε πλάτη μετατόπισης, ταχύτητας και επιτάχυνσης προβεβλημένα είτε στο πεδίο του χρόνου (χρονικό σήμα), είτε στο πεδίο των συχνοτήτων. Το πεδίο του χρόνου αποτελείται από πλάτος που μεταβάλλεται με το χρόνο. Το πεδίο των συχνοτήτων είναι το πεδίο όπου τα πλάτη προβάλλονται σαν σειρά ημιτονοειδών και συνημιτονοειδών κυμάτων. Αυτά τα κύματα έχουν πλάτος και φάση, η οποία μεταβάλλεται με τη συχνότητα. Οι μετρημένες συχνότητες είναι πάντοτε μετρημένες στο πεδίο του χρόνου και χρειάζεται να μετασχηματισθούν στο πεδίο των συχνοτήτων. Αυτός είναι ο σκοπός του μετασχηματισμού Fourier (FFT). Άρα πρόκειται για έναν υπολογισμό σε ένα δειγματισμένο σήμα. Παρακάτω ορίζεται η συχνότητα δειγματοληψίας. 61

Σχήμα 4.9. Μετασχηματισμός Fourier, [5]. 4.3.2. ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ Δειγματοληψία είναι η διαδικασία καταγραφής του πλάτους τουυ κύματος σε συγκεκριμένες στιγμές και εν συνεχεία να παράγουμε μία καμπύλη από τα σημεία που έχουμε καταγράψει. Έτσι η διακριτή καταγεγραμμένη πληροφορία (ψηφιακή) χρησιμοποιείται για να ξανακατασκευάσουμε το κύμα, το οποίοο αρχικά ήταν αναλογικό. Πόσο συχνά πρέπει να λαμβάνουμε λοιπόν δείγματα ώστε το ψηφιακό σήμα να είναι όσο πιο πιστό αντίγραφο του αναλογικού; Η απάντηση βρίσκεται στη θεωρία δειγματοληψίας του Nyquist, η οποία αναφέρει: «Αν δεν θέλουμε να χάσουμε καθόλου πληροφορία, πρέπει να δειγματίζουμε σε συχνότητα τουλάχιστον δύο φορές υψηλότερη από την υψηλότερη συχνότητα που μας ενδιαφέρει.» Το Σχήμα 4.10, δείχνει μία περίπτωση όπου η συχνότητα δειγματοληδ ψίας δεν είναι διπλάσια της συχνότητας του σήματος. Αυτό το φαινόμενο δειγματοληψίας με συχνότητα λιγότερη από τηνν ενδεδειγμένη ονομάζεται ψευδοσυχνότητα. Όλοι οι συλλέκτες έχουν αυτόματηη επιλογή της συχνότητας δειγματοληψίας για να αποφεύγεται αυτό το φαινόμενο. Στη θεωρία λοιπόν δεν θα έπρεπε να υπάρχουνν συχνότητες μεγαλύτερες απόό το μισό της δειγματοληψίας, αυτό όμως απέχει απόό την πραγματικότητα. 62

Σχήμα 4.10. Παράδειγμαα μικρής συχνότητας δειγματοληψίας, [5]. Για το λόγο αυτό οι περισσότερες συσκευές συλλογής σήματος έχουν φίλτρα (anti για aliasing filters) που εμποδίζουν το φαινόμενο των ψευδοσυχνοτήτων. Πρόκειται φίλτρα που αφήνουν τις χαμηλές συχνότητες και μπλοκάρουν τις πολύ υψηλές. Τέτοια φίλτρα υπάρχουν και στις κάρτες ήχου των ηλεκτρονικών υπολογιστώυ ών. 4.3.3. ΑΝΑΛΟΓΟ ΨΗΦΙΑΚΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ Τα σήματα δονήσεων που συλλέγονται από τους αισθητήρες είναι αναλογικά σήματα, τα οποία όπως έχουμε προαναφέρει πρέπει να μετατραπούν σε ψηφιακά για περαιτέρω επεξεργασία. Αυτή η μετατροπή γίνεται από α έναν Αναλογο Ψηφιακό μετατροπέα (Analog to Digital Converter). H AD μετατροπή γίνεται υποχρεωτικά από μικροεπεξεργαστές. Όπως κάθε ψηφιακός επεξεργαστής η αναλογο ψηφιακή μετατροπή γίνεται με χρήση του δυαδικού συστήματος. Ένας 12 μπιτος μετατροπέας παρέχει 4096 διαστήματαα και ένας 16 μπιτος 65536 διακριτά διαστήματα (Σχήμαα 4.11). Σχήμα 4.11. Αναλογο ψηφιακή μετατροπή, [5]. 63

Όσο μεγαλύτερος ο αριθμός των διαστημάτων τόσο καλύτερη η ανάλυση του πλάτους του σήματος. Ένας 16 μπιτος ADC έχειι αποτέλεσμα ανάλυσης 0,0015% % του πλήρους μεγέθους. 4.3.4. ΠΑΡΑΘΥΡΟΠΟΙΗΣΗΗ (WINDOWING) Το επόμενο βήμα μετά την ψηφιοποίηση και πριν τον αλγόριθμο FFT, καλείται παραθυροποίηση.. Ένα «παράθυρο» πρέπει να εφαρμοστεί στο σ σήμα ώστε να μειωθεί στο ελάχιστο η διαρροή πληροφορίας. Η παραθυροποίησηη είναι το αντίστοιχο του πολλαπλασιασμού του δείγματος με μίαα συνάρτηση ίδιου ορίσματος. Όταν ένα αναλογικό σήμα καταγράφετ ται, δειγματοποιείται σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, όπως έχει αναπτυχθεί. Ταα χρονικά διαστήματα δειγματοποίησης μπορεί να προκαλέσουν απώλεια πληροφορίας στην αρχή ή το τέλος. Τα αποτελέσματα που θα προκύψουν εξαρτώνται από τη θέση του δείγματος και την περίοδό π του. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ασυνέχειες στο σήμα και απώλειες από το αρχικό συνεχές. Η διαδικασία της παραθυροποίησης, καλύπτει αυτές τις ασυνέχειες στην πληροφορία, αναγκάζοντας το δείγμα να μηδενιστεί στην αρχή και το τέλος της περιόδου δειγματοληψίας. Με αυτό τον τρόπο η περίοδος της δειγματοληψίας φαίνεται να είναι συνεχής. σ Όταν το σήμα δεν παραθυροποιηθεί και παρουσιάζει ασυνέχειες τότε το σφάλμα εμφανίζεται όταν εφαρμόσουμε τον αλγόριθμο FFT. Το Σχήμα 4.12 1, δείχνει τα αποτελέσματα της παραθυροποίησης παραστατικά. Σχήμα 4.12. Η αρχήή της παραθυροποίησης, [5]. 64

Ο αλγόριθμος FFT διακρίνει τις ασυνέχειες καθώς επεξεργάζεται τις συχνότητες και παρουσιάζει ως πλευρικές στο φάσμα, όταν στην πραγματικότητα καμία από αυτές τις συχνότητες δεν υπάρχειι πραγματικά στο σήμα. Η χρήση των παραθύρων επίσης επηρεάζει τη δυνατότηταα διαχωρισμού κοντινών συχνοτήτων ενώ γίνεται προσπάθεια για ακρίβεια στο πλάτος. Εντούτοιςς είναι δυνατό να βελτιώσουμε το ένα, σε βάρος όμως του άλλου. Υπάρχουν πολλές συναρτήσεις παραθυροποίησης, αυτές που χρησιμοποιούνται συνηθέστερα σε σήματα δονήσεων είναι: 1. Hanning (Σχήμα 4.12 2) 2. Hamming 3. Blackman 4. Rectangular (basically no window) 5. Flat top 6. Kaiser Bessel 7. Barlett. Συνήθως είναι διαθέσιμες από τους αναλυτές οι τρεις πρώτες. Σχήμα 4.13. Συναρτήσεις παραθυροποίησης, [5]. Αν εφαρμόσει κανείς τη συνάρτησηη flat top, θα παρατηρήσει πρακτικά πιο έντονες αιχμές στο φάσμα από ότι αν δεν την είχε εφαρμόσει. Το ίδιο συμβαίνει και με τη Hanning αλλά όχι σε τόσο μεγάλο βαθμό. Με την εφαρμογή αυτήή δυσχεραίνεται η 65

διάκριση μεταξύ δύο πολύ κοντινών συχνοτήτων βελτιώνοντας την ευκρίνεια των αιχμών. Έτσι όταν το ζητούμενο είναι ναα αναγνωρίσουμε την παρουσία π μίας αιχμής στο φάσμα καλό είναι να εφαρμόσουμε Rectangular, αλλά όταν θέλουμε θ τα πλάτη να είναι πιο εμφανή συστήνεται η εφαρμογή Hanning ή και Flat Top. Η επιλογή της συνάρτησης εξαρτάται όπως φαίνεται από το σκοπό της ανάλυσης. Για τις περισσότερες εφαρμογές η συνάρτηση Hanning δίνει πολύ καλάά αποτελέσματα διότι παρέχει καλά πλάτη στις αιχμές με ελάχιστη διαπλάτυνση της αιχμής, για το λόγο αυτό. Στο Σχήμα 4.14, παρουσιάζεται η διαφορετική επίδραση των συναρτήσεων στο ίδιο σήμα. Σχήμα 4.14. Σύγκριση συναρτήσεων φίλτρων στην έξοδο του FFT, [5]. 4.3.5. ΤΕΛΙΚΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΚΑΙΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ Ρυθμίζοντας και μερικά ζητήματα που έχουν να κάνουν κυρίως με τηνν προβολή του φάσματος είμαστεε έτοιμοι για τη εφαρμογή του αλγορίθμου. Έτσι εφόσον υπάρχει ο αλγόριθμος σαν έτοιμη συνάρτηση στο περιβάλλον MATLAB χρησιμοποιείται απευθείας, αντιμετωπίζοντας την ανάλυση FFT ως «μαύρο κουτί», καθώς το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στα αποτελέσματά της και όχι στηη μέθοδο αυτή καθεαυτή. Τέλος υπάρχουν κάποιες λεπτομέρειες που θα πρέπει να προσέξει κανείςς καθώς πρέπει να οριστεί η επιθυμητή περιοχή Ηz προβολής (Lines of resolution, F max, bandwidth) του διαγράμματος. Προαιρετικά θα μπορούσε κανείς να δοκιμάσει επιπλέον φίλτρα που θα οδηγούν ίσως σε καλύτερο γραφικό αποτέλεσμα. 4.4. ΔΟΝΗΣΕΙΣΣ ΕΔΡΑΝΩΝ ΚΥΛΙΣΗΣ Είναι αλήθεια πως τα περισσότερα προγράμματα ανάλυσηςς κραδασμών δημιουργούνται ώστε να μπορούν ναα ελέγχονται τα ρουλεμάν, τα οποία σπανίως βγαίνουν προβληματικά από τα εργοστάσια παραγωγής τους, αφού ο ποιοτικός έλεγχος σε αυτές τις εγκαταστάσεις είναι ο καλύτερος δυνατός. 66

Ωστόσο, πολλές φορές σε μία κατασκευή μπορούν να απαντηθούν ρουλεμάν ελαττωματικά, για τους εξής λόγους: Λόγω έλλειψη λίπανσης Λόγω της χρήσης σε υψηλότερο από το προβλεπόμενο φορτίο Λόγω της κακής εργασίας τοποθέτησής τους στο σύστημα Λόγω της ρύπανσης, συμπεριλαμβανομένης και της υγρασίας Λόγω των πιθανών ατελειών που παρουσιάστηκαν κατά την κατασκευή Λόγω της κακής συναρμογής τους με τους άξονες κα. Τα έδρανα κύλισης επιτυγχάνουν χαρακτηριστικά μόνο περίπου για το 10% της εκτιμημένης ζωής τους. Σαφώς, το σχέδιο και η κατασκευή τους δεν παίζουν κανένα ρόλο σε αυτό. Στόχος του αναλυτή κραδασμών είναι αφ ενός να ενημερώνει για την επικείμενη βλάβη των ρουλεμάν, αφετέρου να αναλύει τα δεδομένα ώστε να βρίσκει την αιτία εμφάνισης της βλάβης αυτής, εργασία που δύσκολα αναλαμβάνει ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής. Εάν η βλάβη δεν οφείλεται σε κάποια από τις προαναφερθείσες αιτίες, τότε πρέπει να εξεταστεί το σχέδιο. Όλοι οι κραδασμοί εμφανίζονται σε κάποια συγκεκριμένη συχνότητα, η γνώση της οποίας είναι χρήσιμη για την αντιμετώπιση του προβλήματος, κυρίως για τις βλάβες των ρουλεμάν. Οι συχνότητες στις οποίες εμφανίζονται οι βλάβες σε ένα ρουλεμάν όπως έχει προαναφερθεί είναι οι εξής: Όπου, n : αριθμός σφαιρών του ρουλεμάν fr = fs: συχνότητα περιστροφής άξονα του ρουλεμάν 67

Σχήμα 4.15.[5] Στο Σχήμα 4.16, εικονίζεται ένα φάσμα αποδιαμορφωμένου σήματος χρονικού παραθύρου 200Hz ενός ρουλεμάν NSK 6911, το οποίο περιστρέφεται με 1715 RPM (fr = 28,58 Hz ). Το ρουλεμάν, το μοντάρισμά ά του, και η μηχανή κίνησης απεικονίζονταιι στο σχήμα 4.17. Το επιταχυνσιόμετρο είναιι τοποθετημένο σε κατακόρυφη διεύθυνση. Οι φέρουσες συχνότητες υπολογίζονται με χρήση των παραπάνω τύπων όπως αυτές ακολουθούν στον Πίνακα 4.2. Πίνακας 4.2. Συχνότητες αναμονής για το ρουλεμάν NSK 6311, [5]. Παρατηρούνται κυρίως τρεις πιο υψηλές αιχμές στις συχνότητες των 87,5 Hz, 577 Hz και 27 Hz. Η συχνότητα f cage (κλωβού) στα 10,92 Hz δεν εμφανίζεται πουθενά. Από αυτό, μπορούμε να βγάλουμε το συμπέρασμα ότι δεν υπάρχειι κάποιο πρόβλημα με τον τ κλωβό του ρουλεμάν. Οι συχνότητες στα 57 και 87,5 Hz,, είναι πιθανώς οι συχνότητες BPFOO και BSF, αλλά μπορούν να θεωρηθούν και αρμονικές της ταχύτητας: f r = 28,58 Hz 2* f r = 57,16 Hz 3* f r = 85,74 Hz. Για να διαπιστωθεί τι ακριβώς συμβαίνει, μεγεθύνεται το σχήμα παίρνοντας τώρα ένα φάσμα σε χρονικό «παράθυρο» 48 98 Hz (Σχήμα 4.18). 68

Σχήμα 4.16. Φάσμα αποδιαμορφωμένου σήματος εύρους 200Hz, [5]. Σχήμα 4.17. Κατακόρυφη μέτρηση σε ρουλεμάν, [5]. 69

Σχήμα 4.18. Φάσμα αποδιαμορφωμένου σήματος εύρους 50Hz, [5]. Στο παραπάνω σχήμα παρατηρείται ότι η αιχμή στα 57 Hz του Σχήματος 4.18, εμφανίζεται σε δύο διαφορετικές συχνότητες στα 55,5 και 57,25 Hz. Η συχνότητα των 57,25 Hz φαίνεται τώρα ότι είναι η BSF με αποτέλεσμα να πρέπει να διερευνήσουμε ακόμα καλύτερα την κατάσταση των σφαιρών των ρουλεμάν και με κάποιες άλλες μετρήσεις. Φυσικά, δεν αποκλείεται η περίπτωση η συχνότητα αυτή να είναι η δεύτερη (2x) αρμονική της συχνότητας περιστροφής. Για τη συχνότητα των 87,5 Hz, παρατηρείται ότι έχει παραμείνει η αιχμή ακριβώς στην ίδια συχνότητα, αλλά, υπάρχει και μία εμφανής αιχμή στα 85,75 Hz. Η τελευταία, είναι η τρίτη (3x) αρμονική της συχνότητας περιστροφής ενώ, αυτή στα 87,5 Hz είναι η BPFO. Τα παραπάνω, οδηγούν σε ανησυχία για την ευθυγράμμιση του συστήματος και την κατάσταση του εξωτερικού δακτυλίου του ρουλεμάν. Στο Σχήμα 4.19 παρουσιάζονται παρόμοια γραφικά με το Σχήμα 4.18. Στο πρώτο εκ των δυο που ακολουθούν, το επιταχυνσιόμετρο είναι τοποθετημένο με γωνία 45 ο, ενώ στο δεύτερο το επιταχυνσιόμετρο τοποθετήθηκε οριζόντια. Είναι αξιοπρόσεκτο πως οι συχνότητες των ρουλεμάν στα 57 και 87 Hz μειώνονται δραματικά όταν το επιταχυνσιόμετρο απομακρύνεται από την κατακόρυφη διεύθυνση, παράδειγμα που κάνει εμφανή την ανάγκη ορθού προσανατολισμού του μορφομετατροπέα για την απεικόνιση των κραδασμών του εδράνου κύλισης. 70

Σχήμα 4.19. Φάσμα μέτρησης σε έδρανο κύλισης με το αισθητήριο υπό γωνία 45 ο (α) και σε οριζόντια θέση (β), [5]. Συμπερασματικά, έχοντας μια γενική γνώση τόσο για τον μηχανισμό των ταλαντώσεων όσο και για τα σήματα και την επεξεργασία τους μέχρι την τελική μορφή του φάσματος, είναι εφικτό να αναπτυχθεί το πως εμφανίζεται η κάθε βλάβη μηχανής στο φάσμα. Ποιες είναι οι συχνότητες που διεγείρονται και ποιες είναι οι αντίστοιχες συνήθεις τιμές 71

για τα πλάτη τους. Η ανάλυση FFT επεξεργάζεται ένα χρονικό σήμα για να παράγει ένα διάγραμμα στο πεδίο των συχνοτήτων και το εργαλείο αυτό παραμένει το πιο ισχυρό εργαλείο για διάγνωση βλαβών περιστρεφόμενων μηχανών μέσω δονήσεων. 72

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΟΡΓΑΝΑ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ 5.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η έγκαιρη πρόβλεψη και ο άμεσος εντοπισμός της φθοράς των ρουλεμάν είναι το κλειδί στη βελτίωση της απόδοσης του εξοπλισμού, στην αύξηση της αξιοπιστίας του και στη μείωση του λειτουργικού κόστους. Βασικός σκοπός της συντήρησης μηχανών είναι η έγκαιρη πρόγνωση, διάγνωση και τέλος επιδιόρθωση μιας βλάβης έτσι ώστε να περιοριστούν οι συνέπειές της τόσο στην παραγωγή όσο και στα κοντινά μηχανολογικά εξαρτήματα. Οι παραπάνω ενέργειες είναι δυνατόν να πραγματοποιηθούν με την βοήθεια μετρητικών οργάνων, κατάλληλων για την παρακολούθηση και την παρουσίαση της κατάστασης μιας μηχανής. Τέτοιου είδους όργανα μετράνε είτε τον θόρυβο, είτε τους παραγόμενους κραδασμούς από μία μηχανή, ενώ αυτή λειτουργεί και βρίσκεται στο πλήρες φορτίο της. Η συλλογή των μετρήσεων γίνεται με την χρήση κατάλληλου αισθητήρα που στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ένα επιταχυνσιόμετρο. Οι μετρήσεις αυτές συλλέγονται από ένα φορητό όργανο και στην συνέχεια μεταφορτώνονται σε έναν Η/Υ, όπου με την βοήθεια κατάλληλου λογισμικού γίνεται η επεξεργασία του φάσματος, με μεθόδους αποδιαμόρφωσης σήματος με χρήση του μετασχηματισμού Fourier. Υπάρχουν όργανα τα οποία μετράνε κρουστικούς παλμούς και με υπέρυθρες τη θερμοκρασία στην επιφάνεια των ρουλεμάν. Επιπλέον γίνεται έλεγχος στον αριθμό στροφών, σε παραμέτρους αντοχής φορτίων καθώς και προσομοιώσεις σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. 5.2. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΗΜΑΤΩΝ ΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΔΟΝΗΣΗΣ Η ποιότητα των δεδομένων δόνησης που συλλέγονται και η αξιοπιστία της ανάλυσης εξαρτώνται άμεσα από την κατάλληλη επιλογή και από τον τρόπο με τον οποίο εδράζεται ο μετατροπέας πάνω στο σημείο της μέτρησης. Γι αυτόν το λόγο πρέπει να σταθμιστούν προσεκτικά οι αποφάσεις που θα παρθούν σχετικά με την επιλογή του κατάλληλου μετατροπέα. Η κατάλληλη συλλογή των δεδομένων δόνησης για την διάγνωση και την παρακολούθηση της καλής κατάστασης των μηχανών στηρίζεται στην σωστή επιλογή των μετατροπέων. Οι τρεις πιο κοινοί τύποι μετατροπέων είναι οι μετατροπείς θέσης, ταχύτητας, επιτάχυνσης καθώς και μετατροπείς πιεζοηλεκτρικής δύναμης, πίεσης και ταχύτητας και μικρόφωνα. 5.3. ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΤΡΟΥΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥ Κατά την πρώτη περίοδο που εφαρμόστηκε η προληπτική συντήρηση, ο μετατροπέας ταχύτητας ήταν ο ευρύτερα διαθέσιμος, οπότε η επιλογή της μετρούμενης παραμέτρου γινόταν ασυνείδητα. 73

Μια πιο προσεκτική εξέταση αυτού του ζητήματος δείχνει ότι η παρακολούθηση της μετατόπισης, της ταχύτητας ή των επιπέδων επιτάχυνσης θα έπρεπε να ήταν μία συνάρτηση των τιμών του πλάτους σε σχέση με τις συχνότητες που η μηχανή μπορεί να παράγει. Η επιλογή όμως του αν θα μετρήσουμε μετατόπιση, ταχύτητα ή επιτάχυνση δεν είναι τόσο προφανής. 5.4. ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ Πριν τη χρήση οποιουδήποτε μετατροπέα για την διεξαγωγή μετρήσεων, πρέπει να γίνει έλεγχος των συγκεκριμένων προδιαγραφών του μετατροπέα προκειμένου να επαληθευτεί ότι η συσκευή θα εξάγει τα συμπεράσματα που ο χρήστης θα «αναμένει» να δει. Σταθερά ευαισθησίας: Όπως ξέρουμε όποιο μετατροπέα και να χρησιμοποιήσουμε για να πάρουμε την ένδειξη η ποσότητα που φτάνει στην είσοδο του εκάστοτε οργάνου είναι συνήθως σε volt. Γι αυτό το λόγο πρέπει να γνωρίζουμε πόσα volt αντιστοιχίζει ο συγκεκριμένος μετατροπέας σε κάθε μονάδα μέτρησης. Για παράδειγμα ένα επιταχυνσιόμετρο βαθμονομείται σε όρους m*v/g. Μία μονάδα με ευαισθησία της τάξης των 100 mv/g θα δώσει στην έξοδό της 100mV για κάθε g της επιτάχυνσης. Στην περίπτωση ενός επιταχυνσιόμετρου σύμφωνα με τον Steve Goldman και τα πειράματα πού έχει διεξάγει, μία ευαισθησία της τάξης των 100mV/g είναι σχεδόν πάντα επαρκής για σχεδόν όλους τους τύπους των περιστροφικών μηχανών. Περιοχή συχνοτήτων λειτουργίας: Το εύρος των χρησιμοποιούμενων συχνοτήτων ενός μετατροπέα είναι το εύρος στο οποίο η σταθερά ευαισθησίας παραμένει σταθερή συνήθως μέσα στο 5 10% της ονομαστικής της τιμής. Αυτό το εύρος συχνοτήτων περιορίζεται από φυσικές συχνότητες μέσα στον ίδιο τον μετατροπέα. Για παράδειγμα είναι δυνατόν να πάρουμε ένα επιταχυνσιόμετρο με εύρος συχνοτήτων 1Hz 10kHz όμως τα περισσότερα επιταχυνσιόμετρα έχουν επίπεδη απόκριση μόνο από τα 10Hz 3 ή 4 khz περίπου. Μικρότερες μονάδες από 2 10mV/g χρησιμοποιούνται στα 20kHz. Το εύρος συχνοτήτων των κρουστικών παλμών είναι συνάρτηση του μεγέθους. Στις περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές ένας παλμός του 1 lb αποτελεί μία καλή μέση λύση μεταξύ του πιθανού μεγέθους της κρούσης και του εύρους συχνοτήτων. Γραμμικότητα όσον αφορά τις μετρήσεις πλάτους: Όπως έχει προαναφερθεί, όλοι οι μεταλλάκτες μπορούν να μετρήσουν τα διάφορα μεγέθη μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος τιμών. Για τιμές μεγαλύτερες ή μικρότερες από αυτό το εύρος, το σήμα του μετατροπέα δεν είναι πλέον γραμμικό με το πλάτος της μετρούμενης ιδιότητας. Το άνω όριο γραμμικότητας ενός επιταχυνσιόμετρου είναι συνήθως 25 100 g. Συνήθως, το χαμηλότερο όριο είναι περίπου 100dB παρακάτω από αυτό. Ένα μικρόφωνο αποκλίνει πάρα πολύ εύκολα και ένας μετατροπέας θέσης δεν μπορεί να δει τον στόχο του σε ένα κενό μεγαλύτερο των 0,25 inch. 74

Γραμμικότητα όσον αφορά τις μετρήσεις θερμοκρασίας: Καθώς ένας μεταλλάκτης κρυώνει ή ζεσταίνεται εκτός των ανεκτών του ορίων η γραμμικότητα του φθίνει. Κάποιες κατασκευές μικροφώνων είναι πολύ ευαίσθητες σε αυτό. Τα επιταχυνσιόμετρα IC για παράδειγμα, δεν μπορούν να λειτουργήσουν καθόλου σε θερμοκρασία μεγαλύτερη των 218ºC. Πρέπει λοιπόν να είναι γνωστή η θερμοκρασία του περιβάλλοντος μέσα στο οποίο θα λειτουργήσει ο μετατροπέας και να διαλέξουμε έναν μετατροπέα που θα είναι γραμμικός σε αυτό το εύρος. 5.5. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ΚΙΝΗΣΗΣ Δυστυχώς ο τρόπος λειτουργίας των διαφόρων μορφών μετατροπέων είναι τέτοιος ώστε αυτοί να έχουν περιορισμένο εύρος συχνοτήτων. Το ότι μπορεί να ενδιαφέρεται κάποιος για ένα εύρος συχνοτήτων όπως για παράδειγμα δεν σημαίνει ότι ο μετατροπέας ταχύτητας είναι η προφανής επιλογή. Πρέπει να λαμβάνει συνεχώς υπόψη τα πολλά προβλήματα που μπορεί να προκύψουν από μία κακή επιλογή μετατροπέα. Οι μετατροπείς που χρησιμοποιούνται συχνότερα για την μέτρηση των κραδασμών είναι: μετατροπείς θέσης, μετατροπείς ταχύτητας σεισμικής μάζας και επιταχυνσιόμετρο. 5.5.1. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΘΕΣΗΣ Ο μετατροπέας θέσης είναι μια συσκευή που παράγει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στην άκρη της. Όταν η άκρη αυτή προσεγγίσει ένα μεταλλικό στόχο προκαλείται παρεμβολή στο μαγνητικό πεδίο η οποία αλλάζει την τιμή του σήματος εξόδου. Από την στιγμή που η έξοδος του μετατροπέα είναι μια μη γραμμική συνάρτηση του κενού μεταξύ του άκρου του μετατροπέα που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και του «στόχου», τότε χρειάζεται ένα ηλεκτρικό κύκλωμα το οποίο να γραμμικοποιεί την έξοδο. Πρέπει τέλος να σημειώσουμε ότι ο μετατροπέας θέσης απλώς αναγνωρίζει τα διάκενο και δεν διακρίνει αν ο άξονας στόχος περιστρέφεται ή απλά παλινδρομεί εμπρός πίσω. Πλεονεκτήματα: Αποτελούν ένα πολύ καλό τρόπο για την παρακολούθηση παραμέτρων όπως το πάχος του φιλμ λαδιού στα ακτινικά ρουλεμάν. Αποτελούν ένα συνηθισμένο τρόπο για την παρατήρηση της τροχιάς αξόνων γιατί μετρούν απευθείας το κενό μεταξύ ενός σταθερού μέλους στο οποίο εδράζονται και του άξονα. Έτσι, εάν κάποιος εδράσει δύο μετατροπείς θέσης με κατάλληλες γωνίες μεταξύ τους ώστε ο ένας μετατροπέας να παρατηρεί την κατακόρυφη κίνηση του άξονα και ο άλλος την οριζόντια το εξαγόμενο σήμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να οδηγήσει τους κατακόρυφους και οριζόντιους ενισχυτές ενός παλμογράφου να αποδώσουν με όσο το δυνατόν πιο πιστό τρόπο τις τροχιές των στρεφόμενων αξόνων. 75

Οι μετατροπείς θέσης είναι επίσης χρήσιμοι για την διενέργεια μετρήσεων δόνησης σε άξονες χαμηλής ταχύτητας που εδράζονται σε αυτολιπαινόμενα ρουλεμάν. Αυτό συμβαίνει γιατί μπορούν να αναγνωρίσουν κατευθείαν το πρόβλημα του άξονα αντί να προσπαθούν να ανιχνεύσουν κάθε μικρή κίνηση μεταξύ του φιλμ λαδιού και της φωλιάς του ρουλεμάν. Μειονεκτήματα: Οι μετρητές θέσεις θα έπρεπε να χρησιμοποιούνται μόνο σε συχνότητες των μερικών εκατοντάδων Hz. Η αποκλειστική χρήση αυτών των συσκευών για την παρακολούθηση της δόνησης μπορεί να οδηγήσει στην απώλεια όλων των πληροφοριών μεγαλύτερου πλάτους(πληροφορίες σε συχνότητες πτερυγίων για της αντλίες και σύμπλεξης για τα γρανάζια). Συνηθίζεται σε κάποιες εγκαταστάσεις να οροθετούνται σε συστήματα ελέγχου τροχιάς φίλτρα χαμηλής διόδου ώστε να αποκόπτεται οποιαδήποτε πληροφορία πάνω από την πέμπτη τάξη για να υπάρχει ευκρίνεια στην παρατήρηση των φαινομένων χαμηλής ταχύτητας. Πρέπει πάντως να λαμβάνεται υπόψη, πως μία βλάβη μπορεί να προκληθεί και σε κάποιο μηχανισμό που παράγει κραδασμούς υψηλότερης συχνότητας για τις οποίες ο μετατροπέας αυτός δεν ενδείκνυται. Πρέπει να αναφερθεί ακόμα ότι στην περίπτωση που το υλικό του άξονα δεν είναι μαγνητικά ομοιόμορφο ο μετατροπέας θέσης θα αναγνωρίσει ένα σήμα στο 1X rpm ακόμα και σε έναν τέλεια ευθυγραμμισμένο (μηδενικής δόνησης) άξονα. Αυτό καθιστά αναγκαία την συγκέντρωση πληροφοριών από μία διάταξη του μετατροπέα θέσης και του άξονα που λειτουργεί με χαμηλές ταχύτητες περιστροφής, προτού εξαχθεί οποιοδήποτε συμπέρασμα σχετικά με την υγεία της μηχανής. Ασυνέχειες, όπως για παράδειγμα γρατζουνιές εγκοπές και κοιλώματα στην επιφάνεια του στρεφόμενου άξονα έχουν την ίδια επίδραση με την μαγνητική ομοιομορφία που προαναφέρθηκε. Υπάρχουν επίσης και κάποια μοντέρνα συστήματα μετατροπέων θέσης που επιτρέπουν να αποθηκεύει τις πληροφορίες των χαμηλών ταχυτήτων τις οποίες θα τις αντιστοιχήσει με ένα αρχικό επίπεδο κραδασμών το οποίο δεν θα λαμβάνεται υπόψη σε όλες τις μελλοντικές μετρήσεις. Αυτοί αναγιγνώσκουν την σχετική κίνηση μεταξύ του ακροδέκτη του παλμογράφου και του στόχου, γι αυτό είναι αναγκαίο να εδράσουμε τον ακροδέκτη με τέτοιο τρόπο ώστε να μην δονείται ο ίδιος αλλά να μετρά μόνο την επιθυμητή δόνηση του στόχου. Τέλος, σημαντικό μειονέκτημα μπορεί να θεωρηθεί το ότι ένας μετατροπέας θέσης τοποθετημένος ώστε να παρατηρεί την δόνηση του άξονα θα αγνοεί τελείως την δόνηση των σταθερά προσαρτημένων στην διάταξη στοιχείων μηχανής. Για παράδειγμα μία τουρμπίνα με δεκάδες μετατροπείς θέσεις που παρατηρούν το στρεφόμενο σύστημα, μπορεί να έχει τα πτερύγια του στάτορα με ρωγμές, γεγονός που θα αγνοηθεί από το σύστημα παρακολούθησης δόνησης μέχρι κάποιο από τα πτερύγια του στάτορα να σπάσει και να διέλθει μέσα από τα πτερύγια του ρότορα. Σε μία τέτοια περίπτωση, αυτό το σύστημα παρακολούθηση είναι μικρής αξίας. 5.5.2. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ Πριν την εμφάνιση των πιεζοηλεκτρικών επιταχυνσιόμετρων οι περισσότεροι τεχνικοί δόνησης χρησιμοποιούσαν μετατροπείς ταχύτητας σεισμικής μάζας. Ένας τέτοιος μετατροπέας κατασκευάζεται από μία μαγνητική μάζα περιτυλιγμένη με αγώγιμο υλικό η οποία εμβαπτίζεται σε λουτρό λαδιού. Με τον ίδιο τρόπο όπως μία γεννήτρια 76

παράγει ηλεκτρική ισχύ εκμεταλλευόμενη το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, ο πιεζοκρύσταλλος παράγει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο τοο οποίο δημιουργεί μία τάση στο αγώγιμο υλικό που είναι περιτυλιγμένο γύρω από την μαγνητική μάζα. Η τάση εξόδου είναι ανάλογη της ταχύτητας της επιφάνειας πάνω στην οποία εδράζεται ο μετατροπέας ταχύτητας σεισμικής μάζας. Πλεονεκτήματα: Οι τεχνικοί είναι εξοικειωμένοι με τη χρήση του και βολεύονται με το σχήμα του, τ που είναι σαν κουτάκι μπύρας. Εφόσονν το σήμα δημιουργεί ίται από μόνο του, δεν είναι απαραίτητος ένας τροφοδότης ισχύος ή ένας ενισχυτής φορτίου. Μειονεκτήματα: Η ευαισθησία τους στους παρατηρούμενους κραδασμούςς κατά την αξονική διεύθυνση (εφόσον ο μετατροπέας τοποθετηθετ εί κατακόρυφα θα μπορεί επίσης να διακρίνει και κάποια κίνηση κατά τον οριζόντιο άξονα) αποτελεί ένα μειονέκτημα.. Έπειτα το γεγονός ότι κάποιες κατασκευές μπορούν ναα παράγον κραδασμούς μόνο προς μία κατεύθυνση (μιαα κατασκευή που αγοράστηκε γιαα να εδραστεί κατακόρυφα μπορεί να μη δουλέψει όταν εδραστεί στην οριζόντια κατεύθυνση και αντίστροφα). Ένα ακόμα μειονέκτημα είναι ότι η απόκριση συχνότητάς τους εξασθενεί περίπου στα 2 Hz καθώς και το τ ότι το μέγεθός τους είναι αρκετά μεγάλο έτσι ώστε να προκληθεί φορτίοο μάζας σε μικρές, ελαφριές επιφάνειες έδρασης. Οι απλοί μετατροπείς ταχύτητας μπορεί να μην έχουν τα παραπάνω προβλήματα, είναι όμως πολύ πιο ακριβοί. 5.5.3. ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΙΟΜΕΤΡΑ Σχήμα 5.1. Επιταχυνσιόμετρο, [12]. 77

ΟΡΙΣΜΟΣ Το επιταχυνσιόμετρο είναι μια ηλεκτρομηχανική συσκευή που έχει την ικανότητα να μετρά δυνάμεις επιτάχυνσης. Αυτές οι δυνάμεις μπορεί να είναι στατικές, όπως είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας, ή δυναμικές όταν προκαλούνται προέρχονται από αλλαγές στην ταχύτητα η στην διεύθυνση της κίνησης (επιταχύνσεις, επιβραδύνσεις, στροφές). ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Χρησιμοποιείται κυρίως σε Αδρανειακά συστήματα πλοήγησης, που συνήθως αποκαλούνται Inertial Navigation System (INS), ή Inertial Reference System (IRS), ή Inertial Refeference Unit (IRU), ή Air Data Inertial Reference Unit (ADIRU), τα οποία συστήματα συνδυάζοντας την χρήση επιταχυνσιόμετρων, γυροσκοπίων και ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, μπορούν να υπολογίζουν την θέση ενός οχήματος στον χώρο καθώς και την στάση και ταχύτητα αυτού με πολύ μεγάλη ακρίβεια, παράμετροι που είναι απολύτως απαραίτητοι για την λειτουργία του αυτόματου πιλότου και την ναυσιπλοΐα αεροπλάνων πλοίων και υποβρυχίων. Το επιταχυνσιόμετρο χρησιμοποιείται επίσης για την μέτρηση και καταγραφή των επιταχύνσεων στους τρεις άξονες των αεροσκαφών από τον καταγραφέα των στοιχείων της πτήσης, χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση του αερόσακου στα αυτοκίνητα, και σε οποιαδήποτε άλλη εφαρμογή απαιτείται η μέτρηση της επιτάχυνσης. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Υπάρχουν διάφοροι τρόποι να υλοποιηθεί ένα επιταχυνσιόμετρο. Ένας τρόπος είναι η αξιοποίηση του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου. Αυτά χρησιμοποιούν πιεζοκρύσταλλο ο οποίος πιέζεται από μάζα ανάλογη της επιτάχυνσης που δέχεται αυτή και παράγει τάση λόγω πιεζοηλεκτρικού φαινομένου ανάλογη της επιτάχυνσης. Τα όργανα αυτά, είναι τα πλέον πρακτικά για τη μέτρηση κραδασμών. Ένας άλλος τρόπος είναι η μέτρηση αλλαγών στην χωρητικότητα ενός πυκνωτή. Ο πυκνωτής αποτελεί μέρος της ανάρτησης μάζας και η τιμή του μεταβάλλεται με την κίνηση αυτής της μάζας. Η αξιοποίηση της μεταβολής της χωρητικότητας του πυκνωτή μας παρέχει μέτρηση επιτάχυνσης. Υπάρχουν και άλλοι τρόποι όπως η χρήση της αλλαγής της αντίστασης κάποιου υλικού ανάλογη της πίεσης που δέχεται, η χρήση φυσαλίδας ζεστού αέρα, και η χρήση των ιδιοτήτων του φωτός. 78

Σχήμα 5.2. [12]. Παρακάτω περιγράφεται η λειτουργία ενός επιταχυνσιομέτρουυ που λειτουργεί κάνοντας χρήση της διάταξης πυκνωτή και μάζας αδράνειας, και είναι μέρος του συστήματος αδρανειακής πλοήγησης ή αδρανειακού συστήματος αναφοράς (IRS) επιβατικών αεροσκαφών.. Από το σχηματικό διάγραμμα (Σχήμαα 5.2), φαίνεται η αναρτημένη μάζα ανάμεσα στους πόλους δυο μαγνητών, ( άνω κάτω) ). Γύρω από την μεταλλική μάζαα υπάρχει τύλιγμα πηνίου. Το έλασμα ανάρτησης της μεταλλικής μάζας σε συνδυασμόό με δυο αγώγιμες πλάκες άνω και κάτω, σχηματίζει πυκνωτές. Επιτάχυνση κατά τον διαμήκη άξοναα της μάζας, μετακινεί την μάζα υπερνικώντας την αντίσταση του ελατηρίου της ανάρτησης, μετακινώνταςς τη από τοο σημείο μηδέν η σημείο ισορροπίας. Η μετακίνηση αυτή προκαλεί αλλαγή στις χωρητικότητεςς των δυο πυκνωτών που στο σημείο ισορροπίας της μάζας είναι ίσες. Ο ενισχυτής σήματος αντιλαμβάνεται την διαφοροποίηση αυτή σαν σφάλμα καιι στέλνει κατάλληλο ηλεκτρικό ρεύμα στο πηνίο που περιβάλει την μάζα με σκοπό να την επαναφέρει στο σημείο ισορροπίας και να ακυρώσει το σήμα σφάλματος. Η τιμή του ρεύματος που στέλνεται στο πηνίο για να ακυρώσει το σήμα σφάλματος και να επαναφέρει την μάζα στο σημείο ισορροπίας είναι η αναλογική έξοδος της συσκευής που αντιστοιχεί στην επιτάχυνση. Το αναλογικό αυτό σήμα ολοκληρώνεται συναρτήσει του χρόνου μια φορά για να δώσει ταχύτητα, και μια δεύτερη φορά για να δώσει μετατόπιση. 79

Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας είναι εγκατεστημένος μαζί με το επιταχυνσιόμετρο με σκοπό την βελτίωση της ακρίβειας του επιταχυνσιόμετρου. Τοο σήμα από τον αισθητήρα θερμοκρασίας χρησιμοποιείται για τηνν διόρθωση του σφάλματος θερμοκρασίας του επιταχυνσιόμετρου. Σχήμα 5. 3. Τυπική μορφή επιταχυνσιομέτρου, [4]. Σχήμα 5.4. Μέρη επιταχυνσιόμετρου. 1. Βάση επιταχυνσιομέτρου, 2. Καπάκι επιταχυνσιομέτρου,, 3. Πιεζοκρύσταλλος, 4. Μάζα, 5. Ηλεκτρικό κύκλωμα, 6. Εσωτερική μόνωση βάσης, 7. Καλώδιο, [11]. Στα πρώιμα επιταχυνσιόμετρα το φορτίο χαμηλής ενέργειας περνούσε μέσωω ενός καλωδίου στον ενισχυτή σήματος προκειμένου να μεταλλαχθεί σε μία τάσηη ανάλογη της επιτάχυνσης. Εφόσον το φορτίο από μόνο του είναι εξαιρετικά μικρό, το σήμα εξόδου του επιταχυνσιόμετρου κυμαινότανν ανάλογα με το μήκος του καλωδίου του ενισχυτή, τις συστροφές (κόμποι) του καλωδίου, το αν το καλώδιο περνούσε πάνω από μία αιχμηρή μεταλλική γωνία, την στιγμιαίαα μεταβολή που αυτό θα προκαλούσε κοντά σ ένα ηλεκτρικό πεδίο (όπως αυτό που δημιουργείται από ένα ηλεκτρικό κινητήρα) και τέλος μεε το λέρωμα των συνδέσεων στο μετατροπέα από διαφόρων ειδών έλαια. Τα επιταχυνσιόμετρα συνήθως αυτοκαταστρέφονταν εάν έπεφταν κάτω γιατί δεν είχαν κανενός είδους εσωτερική ηλεκτρονική προστασία. Όλα τα παραπάνω προβλήματα α οδήγησαν στην άνοδο του μετατροπέα ταχύτητας. Στο χωρητικό επιταχυνσιόμετρο η επιτάχυνση προκαλεί μία μεταβολή στην χωρητικότητα μεταξύ της σεισμικής μάζας και των ηλεκτροδίων. Η αλλαγή στην χωρητικότητα μετατρέπεται σε ένα υψηλής τάσης και χαμηλού χ εναλλασσόμενου ρεύματος σήμα εξόδου από τα ενσωματωμένα ηλεκτρονικά. 80

Πλεονεκτήματα: Με την έλευση των πιεζοηλεκτρικών επιταχυνσιόμετρων ολοκληρωμένου κυκλώματος και χαμηλού εναλλασσόμενου ρεύματος, τα παραπάνω προβλήματα που προέρχονταν από το καλώδιο και από την τυχόν πτώση της συσκευής επιλύθηκαν. Εντός του καλύμματος του επιταχυνσιόμετρου χτίζεται ένα ολοκληρωμένο ηλεκτρικό κύκλωμα, το οποίο εξάγει μια τάση ανάλογη της επιτάχυνσης. Για την τροφοδότηση του κυκλώματος απαιτείται μόνο μια πηγή ισχύος που λειτουργεί με μπαταρία. Τα καλώδια μπορούν να είναι ακόμη και μακρύτερα από 61 μέτρα χωρίς να παρατηρείται εξασθένηση του σήματος. Στην αγορά υπάρχουν διαθέσιμα και κάποια επιταχυνσιόμετρα που είναι απομονωμένα από το περιβάλλον τους ώστε να εκμηδενιστεί η πιθανότητα προβλημάτων από συνδέσεις γείωσης ή άλλες ηλεκτρονικές παρεμβολές. Πολλά επιταχυνσιόμετρα δίνουν μηδενικές αποκρίσεις σε χαμηλές συχνότητες στα 1 ή 2 Hz και σε υψηλές συχνότητες στα 10 ή 20 Hz. Αν κάποιος ενδιαφέρεται για χαμηλότερες συχνότητες, μπορεί να χρησιμοποιήσει ειδικά σεισμικά επιταχυνσιόμετρα χαμηλής συχνότητας. Τα περισσότερα επιταχυνσιόμετρα είναι σχεδιασμένα έτσι ώστε ο κρύσταλλος να βρίσκεται κανονικά υπό συμπίεση. Εάν η επιφάνεια πάνω στην οποία εδράστηκε το επιταχυνσιόμετρο υπόκειται σε μικρές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας της, είναι δυνατόν να προκύψει ένα παρασιτικό σήμα μικρής σημασίας. Στην απίθανη περίπτωση που αυτό αποτελέσει πρόβλημα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάποιο σχέδιο στο οποίο ο κρύσταλλος θα είναι τοποθετημένος σε ένα διάτρητο μεταλλικό κουτί. Ένα τέτοιο σχέδιο δεν είναι ευαίσθητο στην παραμόρφωση της βάσης που προκαλείται από τις θερμικές διακυμάνσεις στην επιφάνεια έδρασης. Μειονεκτήματα: Το κυριότερο μειονέκτημα σε ένα επιταχυνσιόμετρο ολοκληρωμένου ηλεκτρικού κυκλώματος είναι ότι τα εξαρτήματα του ενσωματωμένου ενισχυτή καταστρέφονται σε θερμοκρασίες ανώτερες των 218 C. Σε αυτή την περίπτωση αναγκάζεται κανείς να χρησιμοποιήσει ένα επιταχυνσιόμετρο τύπου ενισχυτή φορτίου,το οποίο παρουσιάζει όλα τα προαναφερθέντα προβλήματα. Μιας και πλέον έχουν κατασκευαστεί ενισχυτές φορτίου μικρότεροι σε μέγεθος από ένα μολύβι, μια λύση σε πολλά από αυτά τα προβλήματα θα ήταν να εδραστεί μία από αυτές τις μικρές μονάδες όσο το δυνατόν εγγύτερα στο επιταχυνσιόμετρο χωρίς να αγγίζει την καυτή μετρούμενη επιφάνεια. 81

Σχήμα 5.5.. Μορφή επιταχυνσιόμετρου PCB 303A, [4]. Τρία βασικά κατασκευαστικά μοντέλα χρησιμοποιούνται για τη τ βιομηχανική παραγωγή των επιταχυνσιόμετρων. Υπάρχει το καμπτικό, το συμπιεστικό και το διατμητικό μοντέλο. Και τα τρία αυτά περιλαμβάνουν τα βασικά στοιχεία της πιεζοηλεκτρικής θεωρίας, δηλαδή της σεισμικής μάζας, της βάσης και του εδράνου. Το καμπτικό μοντέλο (Σχήμα 5.6), είναι σχεδιασμένο έτσιι ώστε να λειτουργεί με αισθητήρες κρυστάλλων με μορφή υποστηρίγματος τύπου δοκού. Ο κρύσταλλος τοποθετείται στη δοκό, ούτως ώστε ο μηχανισμός να έχει μικρό βάροςς και όγκο, ενώ προσφέρει και μεγαλύτερη σταθερότητ τα και οικονομικότερηη τιμή αγοράς. Λειτουργεί γενικώς με μικρότερη συχνότητα, όμωςς δεν ενδείκνυται η χρήση χ του για εφαρμογές μηχανικών παρατηρήσεων. Σχήμα 5.6. Καμπτικό μοντέλο, [4]. Το συμπιεστό μοντέλο ( Σχήμα 5.7) είναι το απλούστερο και ευκολότερο στην κατανόηση. Ο κρύσταλλος, quartz ή κεραμικός, τοποθετείταιι ενδιάμεσαα της σεισμικής μάζας και μιας άκαμπτης βάσης. 82

Σχήμα 5.7. Συμπιεστικό μοντέλο, [4].[ Όταν ο αισθητήρας κινείται (δονείται), ασκείται μια δύναμη στον κρύσταλλο δίνοντας ως έξοδο ένα ηλεκτρικό σήμα. Λόγω του ανθεκτικού σχεδιασμού του, είναι καταλληλότερο από το αντίστοιχοο καμπτικό για τη χρήση χ του σε βιομηχανικές εφαρμογές παρακολούθησης μηχανών. Γενικότερα, οι συμπιεστικοί ί μηχανισμοί έχουν χοντρή βάση και πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συμπαγείς μεταλλικές κατασκευές ή σε χαμηλές συχνότητες όπου το περιβάλλον είναι θερμικά ασταθές. Τέλος, στο διατμητικό μοντέλο ( Σχήμα 5.8), το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο σ είναι τοποθετημένο ανάμεσα στην κεντρική δοκό στήριξης και στη σεισμική μάζα, μέσωω ενός μεταλλικού δακτυλίου προφόρτισης. Η προφόρτιση αυτή, δημιουργεί μια δύσκαμπτη κατασκευή με καλή συχνότητα αντίδρασης και καλύτερη μηχανική ακεραιότητα. Αξίζει να ειπωθεί πως το αισθητήριο σε αυτού του τύπου το μηχανισμό δεν επηρεάζεται από περιοδική θέρμανση και από κάμψη της βάσης, σε αντίθεση με τα τ υπόλοιπα κατασκευαστικά μοντέλα. Σχήμα 5.8. Διατμητικό μοντέλο, [4]. ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΗ ΣΗΜΑΤΟΣ Επικρατεί η αντίληψη ότι παρά τα πλεονεκτήματά τους τα επιταχυνσιόμετρα δεν δίνουν ασφαλή συμπεράσματα σε σύγκριση με τους μετατροπείς ταχύτητας. Η λανθασμένη αυτή πεποίθηση στηρίζεται σε κάποιες παρανοήσει ις που θαα επιχειρηθεί να διευκρινιστεί στη συνέχεια. 83

Για τον σκοπό αυτό θα θεωρηθεί ότι η τάξη των μηχανών ενδιαφέροντος προς τον αναλυτή δόνησης εγγυάται τη χρήση της ταχύτητας ως της σωστής παραμέτρου πλάτους (πχ χαμηλής ταχύτητας περιστροφής φυγόκεντρες αντλίες). ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΡΑΔΑΣΜΩΝ Είναι λανθασμένη η υπόθεση ότι για τη συλλογή δεδομένων ταχύτητας πρέπει να χρησιμοποιήθεί υποχρεωτικά έναν μετατροπέα ταχύτητας. Μάλιστα αυτό αποτελεί μία κακή επιλογή λόγω των αδυναμιών αυτού του τύπου μετατροπέων. Μία καλύτερη μέθοδος προκύπτει από την χρησιμοποίηση ενός επιταχυνσιομέτρου στην θέση του μετατροπέα ταχύτητας και η ολοκλήρωση του σήματος αυτού. Ο όρος ολοκλήρωση προέρχεται από την βασική σχέση μεταξύ της ταχύτητας και της επιτάχυνσης (η ταχύτητα είναι το ολοκλήρωμα της επιτάχυνσης). Δύο μέθοδοι ολοκλήρωσης σήματος χρησιμοποιούνται σήμερα στην πράξη, η ψηφιακή και η αναλογική. Ψηφιακή ολοκλήρωση: Ο αναλυτής διαβάζει το χρονοεξαρτώμενο σήμα επιτάχυνσης και δημιουργεί ένα φάσμα συχνοτήτων μέσω ενός υπολογισμού FFT. Η μετατροπή σε δεδομένα ταχύτητας γίνεται από τον αναλυτή ο οποίος διαθέτει έναν συγκεκριμένο αριθμό γραμμών (έστω 400), με την χρήση της παρακάτω εξίσωσης: V= A / (2πf) Καθένα από τα 400 επίπεδα επιτάχυνσης διαιρείται με καθεμία από τις 400 αντίστοιχα συχνότητες πολλαπλασιασμένες επί 2π. Το πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι ότι μπορούμε να δούμε οποιαδήποτε στιγμή τόσο το φάσμα της ταχύτητας όσο και το φάσμα της επιτάχυνσης. Το μειονέκτημα είναι ότι η ακρίβεια καθενός από τους 400 υπολογισμούς είναι μια συνάρτηση του εύρους ζώνης συχνοτήτων καθενός από τα δυαδικά φίλτρα. Ένα παράδειγμα αυτού του φαινομένου είναι το ακόλουθο: Έστω ότι ένα δυαδικό φίλτρο καλύπτει το εύρος από 87,5 112,5 Hz. Ο υπολογισμός ψηφιακής ολοκλήρωσης γι αυτό το τμήμα θα περιλαμβάνει ένα άνω όριο στα 100Hz. Εάν η πραγματική συχνότητα κορυφής είναι σε αυτό το δυαδικό ψηφίο τα 90 Hz, το λάθος των υπολογισμών είναι 10%. Στην περίπτωση που ολοκληρωθεί ψηφιακά το σήμα ενός επιταχυνσιόμετρου για να ληφθεί η ταχύτητα ή η μετατόπιση πρέπει να γίνει μια διαδικασία βαθμονόμησης (καλιμπραρίσματος) είτε από το επιταχυνσιόμετρο είτε με απλό υπολογισμό. Αυτή η διόρθωση αλλάζει την εξίσωση βαθμονόμησης από mv/g (η οποία όταν ολοκληρωθεί προς την ταχύτητα αποδίδει την χωρίς σημασία μονάδα g sec) σε mv/in/sec/sec. Με αυτήν τη διόρθωση, με μία μονή ολοκλήρωση προκύπτουν in/sec και με μία διπλή ολοκλήρωση προκύπτουν in. Αναλογική ολοκλήρωση: Η αναλογική ολοκλήρωση εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι η εξίσωση που συνδέει την επιτάχυνση με την ταχύτητα είναι ισοδύναμη με το πέρασμα του σήματος επιτάχυνσης μέσα από ένα φίλτρο διέλευσης χαμηλών συχνοτήτων το οποίο αποδίδει 6 db/οκτάβα. Το προφανές πλεονέκτημα αυτής της διάταξης είναι ότι το σήμα της επιτάχυνσης μετατρέπεται σε ταχύτητα ως μία συνεχής συνάρτηση της συχνότητας. Δεν υπάρχουν σφάλματα που να αφορούν το εύρος της ζώνης συχνοτήτων. Ο αναλυτής σφάλματος, δεν βλέπει ποτέ μία ένδειξη επιτάχυνσης είτε στο χρονικό σήμα, είτε σε αυτό συναρτήσει της συχνότητας. Η αναλογική ολοκλήρωση επιτυγχάνεται είτε συνδέοντας το επιταχυνσιόμετρο σε μία παροχή ρεύματος που έχει ενσωματωμένο φίλτρο ολοκλήρωσης είτε αγοράζοντας ένα IC επιταχυνσιόμετρο με το αναλογικό 84

φίλτρο ενσωματωμένο στο κύκλωμαα του ενισχυτή. Όταν αγοραστεί ί οποιαδήποτε από τις δύο συσκευές πρέπει οπωσδήποτε να γίνεται έλεγχος έ των προδιαγραφών συχνότητας μιας και δεν είναι εύκολο να επιτευχθεί γωνιακή συχνότητα του φίλτρου διέλευσης κάτω από περίπου 5 10 Hz. Επίσης, καλό θα ήταν να ελέγχεται το δυναμικό εύρος του αναλογικού φίλτρου. Με τον ίδιο τρόπο μπορεί να ληφθούν δεδομένα μετατόπισης από ένα επιταχυνσιόμετρο περνώντας το σήμα του μέσα από ένα φίλτρο διέλευσης χαμηλών συχνοτήτων των 12 db/οκτάβα. Αυτό αναφέρεται ως διπλή ολοκλήρωση. 5.5.4. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΔΥΝΑΜΗΣ Σ Όπως είναι γνωστό, ένας μετατροπέας κίνησης χρησιμοποιείται για τον καθορισμό της απόκρισης μιας διέγερσης του συστήματος. Για την μέτρηση του φάσματος συχνοτήτων της διέγερσης χρησιμοποιείται ένας μετατροπέας δύναμης. Ένας πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας δύναμης μοιάζει σαν ένα επιταχυνσιόμετρο χωρίς την σεισμική μάζα. Ένας πιεζοηλεκτρικός κρύσταλλος εδράζεται στον μετατροπέα με τέτοιο τρόπο ώστε οποιαδήποτε δύναμη ασκείται στο σύστημα είτε να τον συμπιέζει είτε να τον επιμηκύνει. Ο κρύσταλλος δημιουργεί ένα φορτίο ανάλογο με τηνν δύναμη το οποίο είναι θετικό ή αρνητικό ανάλογα με το αν συμπιέζεται ή διατείνεται. Όπως άλλωστε είναι γνωστό, ένας μεταλλάκτης δύναμης αντιλαμβάν εται μόνο την δύναμη που «διέρχεται» δια μέσου αυτού. Σε μία δοκιμή δόνησης γιαα παράδειγμα, όλη η ενέργεια που μεταδίδεται στο τεμάχιο υπόό δοκιμή, πρέπει (ιδανικά) να περάσει από τον μεταλλάκτη δύναμης. Για την έδραση αυτού του τύπου των μεταλλακτών ισχύουν οι κανόνες που ισχύουν για όλους τουςς μεταλλάκτες. Σχήμα 5.9. Μορφή μεταλλάκτη δύναμης PCB208B01, [4]. 5.5.5. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ ΜΟΡΦΟΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ (ΑΚΟΥΣΤΙΚΑ) Τα ακουστικά δεν χρησιμοποιούνταιι μόνο σε απλές μετρήσεις ήχων, αλλά είναι μερικές φορές χρήσιμα και για την τ παρακολούθηση της καλής (αποδεκτής) λειτουργίας των μηχανών ως ένα εξάρτημα μέτρησηςς των παραγόμενων κραδασμών σε ένα σημείο της μηχανής όπου δεν είναι δυνατόν ναα εδραστεί ένα επιταχυνσιόμετρο. Αυτή η τεχνική παρακολούθησης προϋποθέτει ότιι η επιφάνεια της μηχανής μ που θα τεθεί υπό παρακολούθηση συμπεριφέρεται ως ένα καλό διάφραγμα αναφοράς σε ένα αρκετά μεγάλο εύρος συχνοτήτων. Ορισμένες φορές για τον εντοπισμό ήχων ή επιφανειακής δόνησης, όταν η μέθοδος συνοχής δεν θα έχει αποτέλεσμα σε πολύ συμπαγή μπλοκ 85

μηχανών όπως είναι οι κινητήρες Diesel, χρησιμοποιείται μια τεχνική γνωστή ως μέτρηση ακουστικής έντασης, που χρησιμοποιεί είτε δύο ακουστικά είτε ένα ακουστικό και έναν καταγραφέα κίνησης. Είναι διαθέσιμοι διάφοροι τύποι ακουστικών, οι οποίοι μετατρέπουν το εισερχόμενο κύμα πίεσης του ήχου σε τάση η οποία μπορεί να προενισχυθεί και να διοχετευτεί σε ένα αναλυτή φάσματος. Παρακάτω αναφέρονται μερικοί από αυτούς: Ακουστικά electret ( ηλεκτρικό ανάλογο ενός μόνιμου μαγνήτη): Το ακουστικό electret χρησιμοποιεί ένα λεπτό στρώμα πλαστικού με επικάλυψη αγώγιμου υλικού στην εξωτερική του επιφάνεια ως διάφραγμα. Η εσωτερική επιφάνεια του διαφράγματος ακουμπάει πάνω στα υπερυψωμένα σημεία μιας διάτρητης μεταλλικής πλάκας. Δημιουργείται έτσι ένας πυκνωτής του οποίου τα χαρακτηριστικά διαφέρουν ανάλογα με την πίεση που ασκείται στο διάφραγμα. Η αλλαγή στην χωρητικότητα προκαλεί μία τάση ανάλογη της πίεσης. Εφόσον ο πυκνωτής είναι αυτοδιεγειρώμενος, το ακουστικό electret είναι αρκετά αξιόπιστο για ένα μεγάλο εύρος συνθηκών περιβάλλοντος. Ακουστικό με πυκνωτή: Το ακουστικό με πυκνωτή χρησιμοποιεί ένα σύστημα διαφράγματος/κενού αέρος για τον σχηματισμό ενός πυκνωτή ευαίσθητου στην πίεση. Εφόσον απαιτείται υψηλή τάση στους πόλους του πυκνωτή, τα ακουστικά αυτά θα είναι πιο ευαίσθητα στην θερμοκρασία και στην υγρασία. Κεραμικά ακουστικά: Τα κεραμικά ακουστικά χρησιμοποιούν ένα διάφραγμα το οποίο σπρώχνει έναν κεραμικό πιεζοηλεκτρικό κρύσταλλο και γι αυτό τον λόγο μοιάζει πολύ με το επιταχυνσιόμετρο και τον μετατροπέα δύναμης. Αυτές οι συσκευές είναι τραχείς, σταθερές και σχετικά ανεπηρέαστες από τις συνθήκες περιβάλλοντος. Το εύρος των χρησιμοποιούμενων συχνοτήτων τείνει να είναι μικρότερο από τα δύο προηγούμενα είδη ακουστικών. Γενικά, ένα ακουστικό με μικρότερη διάμετρο έχει μεγαλύτερη απόκριση συχνοτήτων από ένα ακουστικό μεγαλύτερης διαμέτρου. Για διάμετρο εισόδου ίση με μία κεραμική μονάδα, μπορεί να έχει σταθερή απόκριση περίπου στα 1500 Hz, ενώ, ένα παρόμοιο με διάμετρο 0,5 της κεραμικής μονάδας μπορεί να φτάσει περίπου ως τα 4000 Hz. Για καλή απόκριση στις χαμηλές συχνότητες θα έπρεπε να χρησιμοποιείται ένας κλωβός για τον περιορισμό του ανέμου, κυρίως σε διατάξεις που βρίσκονται σε εξωτερικούς χώρους. Τα ακουστικά σχεδιάζονται είτε για την τυχαία, είτε για την κατευθυνόμενη πρόσκρουση των ηχητικών κυμάτων πάνω σε αυτά. Πριν την πραγματοποίηση μετρήσεων θα έπρεπε να λαμβάνεται υπόψη η ευαισθησία κάθε δεδομένου σχεδίου στην πρόσπτωση των ηχητικών κυμάτων. 5.5.6. ΥΔΡΟΦΩΝΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΑΚΤΕΣ ΠΙΕΣΗΣ Τα υδρόφωνα και οι μεταλλάκτες πίεσης είναι βασικά αδιάβροχα πιεζοηλεκτρικά ακουστικά, όπως το κεραμικό ακουστικό που περιγράφηκε παραπάνω αλλά, σχεδιασμένα για διαφορετικές πιέσεις και υγρά. Πρέπει να σημειωθεί, ότι αυτές οι συσκευές είναι σχεδιασμένες ώστε να διαβάζουν μόνο την μη συνεχή σταθερά της πίεσης. Αυτό το επιτυγχάνουν παρέχοντας μία οπή για την διέξοδο του αέρα στο διάφραγμα του μετατροπέα. Έτσι, εάν ένας μεταλλάκτης πίεσης τοποθετείται σε μία γραμμή υπό πίεση σε ένα μπαρόμετρο (όργανο μέτρησης πίεσης) με ένδειξη 100 psi, η 86

ανάγνωση του μεταλλάκτη θα έδειχνε μόνο τις διαταράξεις των ανώτερων συχνοτήτων γύρω από την σταθερή πίεση των 100 psi και όχι την ίδια την τιμή των 100 psi. Τα ακουστικά γενικά καλιμπράρονται (βαθμονομούνται) πριν και μετά την κάθε χρήση με ένα διακριβωτή ήχου, ο οποίος εφαρμόζει πάνω από την κεφαλή του ακουστικού και δημιουργεί ένα σήμα αναφοράς σε γνωστές συχνότητες και πλάτη. Τα υδρόφωνα και οι μεταλλάκτες πίεσης είναι λιγότερο ευαίσθητα στις υποβαθμίσεις της εξόδου τους και στις φθορές. Αυτός είναι ο λόγος που χρησιμοποιούνται εισάγοντας απλά την τιμή καλιμπραρίσματος ευαισθησίας του κατασκευαστή στον αναλυτή φάσματος όπως γίνεται άλλωστε και στους καταγραφείς κίνησης. Σχήμα 5.10. Μορφή μεταλλάκτη πίεσης PCB118A05, [4]. 87

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 6.1. ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΙ ΘΕΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 6.1.1. ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Θα πρέπει σε κάθε περίπτωση να επιλέγεται η καλύτερη δυνατή θέση στη μηχανή για να πραγματοποιούνται μετρήσεις. Η θέση του αισθητήρα είναι πρωταρχικής σημασίας για τη λήψη αξιόπιστων μετρήσεων. Έτσι μπορούν να αναφερθούν οι εξής γενικές παρατηρήσεις που θα πρέπει να τηρούνται: Οι μετρήσεις θα πρέπει να γίνονται όσο το δυνατόν πιο κοντά στα ρουλεμάν και αν είναι δυνατόν στη ζώνη φόρτισης. Να αποφεύγονται στο μέτρο του δυνατού μετρήσεις πάνω στα καλύμματα μιας μηχανής γιατί μπορεί να εμφανιστούν παραπλανητικές ενδείξεις λόγω χαλαρότητας ή συντονισμού του καλύμματος. Ο αισθητήρας πρέπει να εδράζεται άριστα με γωνία 90 ο στη θέση που θα επιλεχτεί τελικά. Συνήθως οι αισθητήρες έχουν μαγνήτη αλλά ακόμα και με την επενέργειά αυτού αν δεν προσέξουμε μπορεί να μην στηρίζεται καλά. Αν είναι δυνατό, επιλέγεται μια επίπεδη επιφάνεια για να τοποθετηθεί ο ακροδέκτης του οργάνου στο σημείο της μέτρησης. Να αποφεύγονται επιφάνειες καλυμμένες με μπογιά, τα χωρίσματα των καλυμμάτων, οτιδήποτε μη σταθερό και τα όποια διάκενα της κατασκευής. Για να είναι αξιόπιστες οι μετρήσεις θα πρέπει να πραγματοποιούνται στο ίδιο ακριβώς σημείο, γιατί ακόμα και μερικά εκατοστά μακριά από το σημείο αναφοράς για τις μετρήσεις δίνει εντελώς διαφορετικές ενδείξεις. Γι αυτόν το λόγο συνήθης και απλή πρακτική είναι εφόσον έχει βρεθεί θέση που να δίνει ικανοποιητικό φάσμα να μαρκάρεται αυτή με ανεξίτηλο μελάνι ή για μεγαλύτερη ασφάλεια να τοποθετούνται μαγνητικές βάσεις, ώστε να είναι εφικτή η μέτρηση πάλι στο ίδιο σημείο για οποιαδήποτε μελλοντική σύγκριση. 6.1.2. ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ Οι μετρήσεις πρέπει να γίνονται σε φυσιολογικές συνθήκες. Για παράδειγμα, όταν τα έδρανα κύλισης δουλεύουν σε σταθερές και φυσιολογικές θερμοκρασίες και η μηχανή λειτουργεί εντός των φυσιολογικών ορίων σε ότι αφορά τις στροφές, τη θερμοκρασία, την πίεση και το φορτίο, και όταν η μέτρηση είναι αντιπροσωπευτική των συνηθισμένων συνθηκών λειτουργίας, τότε είναι η κατάλληλη στιγμή για να πραγματοποιηθούν οι μετρήσεις. Αν η μηχανή έχει ειδική χρήση και πρέπει να ανταποκρίνεται σε μια έκτακτη ανάγκη για παράδειγμα σε υψηλότερο φορτίο, πρέπει να γίνεται μέτρση στο μέγιστο φορτίο. Μια τέτοια περίπτωση θα μπορούσε να είναι μία αντλία ανάγκης σε σύστημα πυρόσβεσης. 88

Σε μηχανές με μεταβαλλόμενες στροφές και φορτίο λοιπόν, πρέπει να λαμβάνονται μετρήσεις στα ακραία όρια λειτουργίας, καθώς και σε επιλεγμένες στιγμές εντός αυτών τον ορίων. 6.1.3. ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ Γενικός κανόνας είναι ότιι πρέπει να αναζητείται η κατεύθυνση εφαρμογής των κυρίων δυνάμεων σε μια μηχανή και να τοποθετούμε κατά τη διεύθυνση αυτή τον αισθητήρα μας. Πρέπει να τονιστεί ότι οι δονήσεις είναι αποτέλεσμα δυνάμεων, άρα όπου οι δυνάμεις μεγαλύτερες θα είναι μεγαλύτερες και οι δονήσεις. Και βέβαια υπενθυμίζεται ότι ο καλύτερος τρόπος να βρεθεί η βέλτιστη κάθε φοράά κατεύθυνση είναι η δοκιμή! Έτσι μπορεί να γίνει μία αναφορά στις τρεις κύριες κατευθύνσεις μέτρησης: Κατά την αξονική κατεύθυνση (Axial)) Κάτω από ιδανικές συνθήκες, μετρήσεις κατά την αξονική κατεύθυνση παρουσιάζουν χαμηλά επίπεδα κραδασμών, καθώς οι περισσότερες δυνάμεις εμφανίζονται στις περισσότερες μηχανές κάθετα στονν άξονα. Εντούτοις υπάρχουν και εξαιρέσεις διότι αυτό έχει να κάνει με το σχεδιασμό και τον τρόπο λειτουργίας της μηχανής. Κατά την οριζόντια κατεύθυνση (Horizontal) Οι μετρήσεις αυτές φανερώνουνν τους περισσότερους κραδασμούς, οι οποίοι οφείλονται στο ότι οι μηχανές είναι συνήθως πιο εύκαμπτες στο οριζόντιο επίπεδο. Επίσης κατά αυτή την κατεύθυνση η γίνονται πιο φανεροί κραδασμοί που έχουν να κάνουν με την αζυγοσταθμία, η οποία δημιουργεί ακτινικούς κραδασμούς, που όμως κατά την κατακόρυφη κατεύθυνση αποσβένονται καλύτερα λόγω αυξημένης αδράνειας της μηχανής. Κατά την κατακόρυφη κατεύθυνση (Vertical) Οι μετρήσεις σε αυτή την κατεύθυνση παρουσιάζουν συνήθως χαμηλότερα επίπεδα κραδασμών από ότι στην οριζόντια κατεύθυνση, λόγω της δυσκαμψίας που οφείλεται στο πλαίσιο στήριξης της μηχανής και στην βαρύτητα. Σχήμα 6.1.[9] 89

Αυτές οι διευκρινίσεις αναφέρονται σε «τυπικές» μηχανές. Αυτό σημαίνει ότι οι μηχανές οι οποίες εδράζονται κάπως διαφορετικά από το συνήθη σ τρόπο, είναι πολύ πιθανό να έχουν αποκρίσεις διαφορετικ ές από αυτές που αναφέρθηκαν παραπάνω. Συνοψίζοντας γίνεται φανερό ότι λόγωω της γνώσης των αιτιών που προκαλούν τους τ κραδασμούς σε κάθε κατεύθυνση, λαμβάνοντας μετρήσεις και κατά τις τρεις αυτές κατευθύνσεις, υπάρχει μια σαφής εικόνα για τα προβλήματα που υπάρχουν στη μηχανή. Όσον αφορά στη γωνία με την τ οποία πρέπει να γίνονται οι μετρήσεις, ο άξονας του οργάνου μέτρησης (αισθητήρας) πρέπει να είναι πάντα κάθετος (Σχήμα 6.2) στην επιφάνεια μέτρησης (90±10 ). Σχήμα 6.2. [9]. Τέλος, η πίεση με την οποία πρέπει να τοποθετείται το όργανο επί της μηχανής για να ληφθεί η μέτρηση, θα πρέπει να είναι σταθερή και όχι υπερβολική, ενώ συνήθως το όργανο μέτρησης έχει ένδειξη μέγιστης πίεσης. 90

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ 7.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο παρόν κεφάλαιο περιγράφεται η απαραίτητη διαδικασία που ακολουθείται για να γίνει σωστά μία μέτρηση, με χρήση μετρητικής συσκευής του εργαστηρίου, με σκοπό την ανίχνευση βλάβης σε ένσφαιρα έδρανα κύλισης. Αρχικά, παρουσιάζεται η διάταξη που χρησιμοποιήθηκε. Στη συνέχεια ακολουθεί η μέθοδος λήψης των μετρήσεών της. Τέλος γίνεται ανάλυση και επεξεργασία των σημάτων με τη μέθοδο FFT, ώστε να γίνει εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων. 7.2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ Σχήμα 7.1. Πειραματική διάταξη 91

Στη συνέχεια παρουσιάζεται η μηχανολογική κατασκευή πουυ χρησιμοποιήθηκε για τις μετρήσεις. Σχήμα 7..2. Μηχανολογική κατασκευή. Ο άξονας περιστρέφεται μέσω ιμάντα από ηλεκτροκινητήρα ρυθμισμένο σε συγκεκριμένες στροφές ανά λεπτό. Πρέπει να είναι γνωστός ο αριθμός στροφών με τον οποίο περιστρέφεται η μηχανή που μετράται. Αυτό διότι είναι επιθυμητήή η ύπαρξη ακρίβειας στα δεδομένα που θα εισαχθούν στο πρόγραμμα κατά τη διαδικασία εντοπισμού τηςς βλάβης. 92

Έτσι ανάλογα με την περίπτωση της εκάστοτεε μηχανής αν αυτή έχει εγκατεστημένο στροφόμετρο να παρακολουθείται η ένδειξή του, εάν υπάρχει inverter στη μηχανή να ελέγχεται από εκεί η ένδειξη, ή να μετρούνται οι στροφέςς με ένα στροφόμετροο (Σχήμα 7.3) ). Πρέπει να επιδειχθεί ιδιαίτερη προσοχή ώστε η μηχανή ναα έχει σταθερές στροφές πριν ξεκινήσει η μέτρηση. Σχήμα 7.3. Στροφόμετρο Vibroport. Οι μετρήσεις διεξάγονταιι με τη χρήση επιταχυνσιόμετρουυ της εταιρείας Bruel & Kjaer, τύπου 4507 Β, το οποίο απεικονίζετ αι στο παρακάτω σχήμα. Σχήμα 7.4. Επιταχυνσιόμετρο της εταιρίας Bruel & Kjaer τύπου 4507 Β. Το συγκεκριμένο όργανο μέτρησης τοποθετείται με κερί μέλισσας πάνω στην επιφάνεια που μελετάται για ανίχνευση σφάλματος δηλαδή πάνω στο έδρανο κύλισης και συνδέεται με καλώδιο σε έναν Analog to Digital Converte (Σχήμα 7.5), ο οποίος με τη σειρά του συνδέεται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. 93

` Σχήμα 7.5. A/D Converter, [1]. Στη συνέχεια, ένα κρουστικό σφυρί αποτελεί τη «σκανδάλη» ώστε ναα μπορέσει να καταγραφεί το σήμα απόκρισης που διαβάζει το επιταχυνσιόμετρο το οποίο είναι τοποθετημένο πάνω στη βάση του εδράνου κύλισης, και να εισέλθει στηη θύρα εισόδου του αναλογικού ψηφιακού μετατροπέα με το οποίο είναι συνδεδεμένο. Το σφυρί αυτό είναι τύπου 2302 10. Σχήμα 7.6. Κρουστικό σφυρί. Το λογισμικό που χρησιμοποιείται για την ανάκτηση του σήματος είναι το πρόγραμμα PULSE Lite Analyser επίσης της Bruell & Kjaer. Χρησιμοποιώντας όργανα της ίδιας ί εταιρίας επιτυγχάνεται απόλυτη συμβατότητα. 94

7.3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ Στην παρούσα διπλωματική έγιναν στο σύνολό τους δέκα μετρήσεις. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται ενδεικτικά η πρώτη και η τελευταία μέτρηση ώστε να γίνει κατανοητή η διαδικασία της μέτρησης και της επεξεργασίας και ανάλυσης των αποτελεσμάτων της. 7.3.1. ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΕ ΔΙΑΤΑΞΗ ΠΟΥ ΣΤΗΡΙΖΕΤΑΙ ΣΕ ΥΓΙΗ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ Στην πρώτη μέτρηση είναι τοποθετημένα στον άξονα υγιή έδρανα κύλισης τύπου 6302 (Σχήμα 7.6). Σχήμα 7.7. Υγιές έδρανο κύλισης. Ο κινητήρας αρχίζει να δουλεύει και όταν η ταχύτητά του σταθεροποιηθεί στις 600 στροφές ανά λεπτό (δηλαδή 10Hz) ξεκινά η μέτρηση. Έγιναν πολλές μετρήσεις αφενός για να αποφασιστεί η συχνότητα δειγματοληψίας και αφετέρου για να αποφευχθεί το στατιστικό λάθος. Τελικά λήφθηκαν μετρήσεις με συχνότητα δειγματοληψίας fs= 4096 Hz. Η διαδικασία που ακολουθείται είναι η εξής: 95

Σχήμα 7.8. Απεικόνιση πορείας για την εύρεση του λογισμικού που θα χρησιμοποιηθεί. Έπειτα εμφανίζεται στην οθόνη του υπολογιστή το πρόγραμμα που θα αναλύσει και θα επεξεργαστεί το χρονικό σήμα που λαμβάνεται από το επιταχυνσιόμετρο. Επιλέγοντας αριστερά Hardware setup, εισάγονται στο πρόγραμμα δεδομένα που αφορούν την σύνδεση του επιταχυνσιόμετρου και του κρουστικού σφυριού. Σχήμα 7.9. Εισαγωγή δεδομένων στο πρόγραμμα. 96

Με την εντολή displays που βρίσκεται κάτω αριστερά εμφανίζεται ένα παράθυρο (Σχήμα 7.10), στο οποίο εισάγονται παράμετροι που αφορούν την ανάλυση του FFT μετασχηματισμού. Σχήμα 7.10. Εισαγωγή παραμέτρων για την ανάλυση FFT. Οι μετρήσεις σε αυτή τη φάση έγιναν δύο φορές. Κατά την πρώτη μέτρηση το επιταχυνσιόμετρο τοποθετείται πάνω στη φωλιά του δεξιού εδράνου κύλισης, ενώ κατά τη δεύτερη μέτρηση τοποθετείται στη φωλιά του αριστερού. Ξεκινά η μέτρηση και με την εντολή Spectrum and Time εμφανίζεται στο παράθυρο η απόκριση της ταλάντωσης στο πεδίο του χρόνου και στο πεδίο της συχνότητας. Τα φάσματα που λαμβάνονται και για τις δύο περιπτώσεις παρατίθενται στα παρακάτω σχήματα. 97

Σχήμα 7.11. Φάσμα χρονικού σήματος και σήματος συναρτήσει της συχνότητας, στο δεξί έδρανο κύλισης. Σχήμα 7.12 Φάσμα χρονικού σήματος και σήματος συναρτήσει της συχνότητα, στο αριστερό έδρανο κύλισης. 98

Το πλάτος της δόνησης αντιπροσωπεύει την ενέργεια του κραδασμού. Όσο πιο σοβαρή η βλάβη, τόσο μεγαλύτερο το ποσοστό της μεταδιδόμενης ενέργειας και τόσο μεγαλύτερο το εμφανιζόμενο πλάτος στο μετρούμενο φάσμα. Η ενέργεια αυτή είναι δυνατό να υπολογιστεί με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού όπως είναι το Matlab. Έτσι γίνεται περεταίρω ανάλυση του σήματος αυτού. Εισάγονται τα δεδομένα της μέτρησης στο πρόγραμμα αυτό και τα αποτελέσματα που λαμβάνονται είναι τα ακόλουθα. Σχήμα 7.13. Απεικόνιση φασμάτων με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο δεξί και στο αριστερό έδρανο κύλισης αντίστοιχα χωρίς χρήση φίλτρου. Με το Matlab μπορούν να απομονωθούν κάποιες συχνότητες ώστε να γίνει το σήμα απλούστερο. Στη συνέχεια το σήμα φιλτράρεται. Αρχικά αφαιρούνται οι χαμηλές συχνότητες. Έπειτα αφαιρούνται και οι χαμηλές και οι ψηλές συχνότητες και τέλος κόβονται μόνο οι ψηλές συχνότητες. Το σήμα τελικά παίρνει τις εξής μορφές για το δεξί και το αριστερό έδρανο αντίστοιχα. Σχήμα 7.14. Απεικόνιση φασμάτων με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο δεξί και στο αριστερό έδρανο κύλισης αντίστοιχα, με φίλτρο σε χαμηλές συχνότητες. 99

Σχήμα 7.15. Απεικόνιση φασμάτων με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο δεξί και στο αριστερό έδρανο κύλισης αντίστοιχα, με φίλτρο σε ψηλές και σε χαμηλές συχνότητες. Σχήμα 7.16. Απεικόνιση φασμάτων με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο δεξί και στο αριστερό έδρανο κύλισης αντίστοιχα με φίλτρο σε υψηλές συχνότητες. Στα αποτελέσματα της ανάλυσης Fourier, εκτός από την απεικόνιση του σήματος στη συχνότητα, προκύπτει και η ενέργεια των κραδασμών, η οποία αποτυπώνεται στον παρακάτω Πίνακα 7.1. ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΣΕ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ ΧΩΡΙΣ ΦΙΛΤΡΟ Πίνακας 7.1. ΚΟΒΟΝΤΑΙ ΟΙ ΧΑΜΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΚΟΒΟΝΤΑΙ ΚΑΙ ΟΙ ΧΑΜΗΛΕΣ ΚΑΙ ΟΙ ΨΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΚΟΒΟΝΤΑΙ ΟΙ ΨΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΔΕΞΙ ΥΓΙΕΣ Ε= 3.2622*10 4 E= 1.1226*10 4 E= 5.9505*10 3 E= 2.1562*10 4 ΑΡΙΣΤΕΡΟ ΥΓΙΕΣ E= 2.7107*10 4 E= 7.5794*10 3 E= 4.6416*10 3 E= 1.9677*10 4 100

7.3.2. ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΕ ΔΙΑΤΑΞΗ ΠΟΥ ΕΔΡΑΖΕΤΑΙ ΣΕ ΜΗ ΥΓΙΗ ΕΔΡΑΝΑ ΚΎΛΙΣΗΣ Για την πραγματοποίηση της παρούσας μέτρησης αποσυναρμολογείται η μετρούμενη διάταξη και αφαιρείται το υγιές αριστερό έδρανο κύλισης. Την θέση του την παίρνει ένα έδρανο το οποίο έχει σφάλμα στα σώματα κύλισης και στον κλωβό (Σχήμα 13). Σχήμα 7.17. Ελαττωματικό έδρανο κύλισης με σφάλμα στον κλωβό και στο σώμα κύλισης. Στη συνέχεια, με τον ίδιο τρόπο, γίνονται μετρήσεις πάλι και στα δύο έδρανα κύλισης (δεξί υγιές και αριστερό ελαττωματικό) ώστε να μελετηθεί αργότερα αν θα υπάρξει κάποια μεταβολή της φασματικής ενέργειας. Με την ίδια διαδικασία λοιπόν λαμβάνονται από το Pulse Lite Analyser, για τις δύο θέσεις που έχει τοποθετηθεί το επιταχυνσιόμετρο, οι εξής αποκρίσεις της ταλάντωσης (Σχήμα 7.17). 101

Σχήμα 7.18. Φάσμα χρονικού σήματος και σήματος συναρτήσει της συχνότητας, στο δεξί έδρανο κύλισης, όταν το αριστερό έδρανο έχει σφάλμα. Σχήμα 7.19. Φάσμα χρονικού σήματος και σήματος συναρτήσει της συχνότητας, στο αριστερό έδρανο κύλισης, όταν αυτό έχει σφάλμα. 102

Αποθηκεύονται τα δεδομένα αυτών των μετρήσεων στο excel με την εντολή export to excel και στη συνέχεια εισάγονται στο Mat lab για περεταίρω ανάλυση. Τα φάσματα που λαμβάνονται παρουσιάζονται στα παρακάτω σχήματα. Σχήμα 7.20. Απεικόνιση φασμάτων με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο δεξί και στο αριστερό έδρανο κύλισης αντίστοιχα χωρίς χρήση φίλτρου. Στη συνέχεια το σήμα φιλτράρεται και οι μορφές που παίρνουν τα φάσματα φαίνονται παρακάτω. Σχήμα 7.21. Απεικόνιση φασμάτων με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο δεξί και στο αριστερό έδρανο κύλισης αντίστοιχα με φίλτρο σε χαμηλές συχνότητες. Σχήμα 7.22. Απεικόνιση φασμάτων με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο δεξί και στο αριστερό έδρανο κύλισης αντίστοιχα με φίλτρο σε χαμηλές και σε υψηλές συχνότητες. 103

Σχήμα 7.23. Απεικόνιση φασμάτων με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στο δεξί και στο αριστερό έδρανο κύλισης αντίστοιχα με φίλτρο σε υψηλές συχνότητες. Τα αποτελέσματα του υπολογισμού της ενέργειας απεικονίζονται στον παρακάτω Πίνακα 7.2. ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΣΕ ΕΔΡΑΝΑ ΚΥΛΙΣΗΣ ΧΩΡΙΣ ΦΙΛΤΡΟ Πίνακας 7.2. ΚΟΒΟΝΤΑΙ ΟΙ ΧΑΜΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΚΟΒΟΝΤΑΙ ΚΑΙ ΟΙ ΧΑΜΗΛΕΣ ΚΑΙ ΟΙ ΨΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΚΟΒΟΒΤΑΙ ΟΙ ΨΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΔΕΞΙ ΜΕ ΒΛΑΒΗ Ε=1.8758*10 5 E=8.6598*10 4 E=3.7134*10 4 E=1.0155*10 5 ΑΡΙΣΤΕΡΟ ΜΕ ΒΛΑΒΗ E =1.2154*10 5 E=4.4299*10 4 E=2.3393*10 4 E=7.7538*10 4 7.4. ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα αποτελέσματα των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν σε διάφορες διαδοχικές φάσεις εξέλιξης τις φθοράς σε ρουλεμάν προκύπτει το παρακάτω διάγραμμα. 104

Σχήμα 7.24. Διάγραμμα μεταβολής της ενέργειας. Στο παραπάνω διάγραμμα του Σχήματος 24, παρουσιάζεται η μεταβολή της ενέργειας από την πρώτη ως την τελευταία μέτρηση με το επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο στη βάση του αριστερού εδράνου κύλισης το οποίο έχει αστοχήσει. α Οι ενέργειες που απεικονίζονταιι αναφέρονται σε σήμαα που δεν έχει υποστεί φιλτράρισμα. Παρατηρείται ότι για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα υπάρχει αξιοπιστία στη συμπεριφορά του εδράνου κύλισης. Μετά την ένατη μέτρηση όμως, διακρίνεται απότομη αύξηση της μεταβολής της ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι το ρουλεμάν τείνει τ να αστοχήσει και πρέπει να αντικατασταθεί άμεσα καθώς ως βασικό εξάρτημα της μετρητικής διάταξης η αστοχία του θα μεταφερθεί και στα υπόλοιπα εξαρτήματα. Με την ίδια διαδικασία γίνονται μετρήσεις σε καθορισμέν να σημεία πάνω σε μηχανές βιομηχανικών μονάδων. 105