Az On-line rezgésdiagnosztika 25 éve Terpó György értékesítési vezető, SKF Svéd Golyóscsapágy Zrt. Szerviz A mai korszerű karbantartás nem nélkülözheti az On-line rezgésdiagnosztikai eszközöket, hiszen a legfontosabb kiszolgálói kritériumoknak ezek az egységek felelnek meg leginkább: digitális esemény dokumentálás, karbantartási döntés előkészítés, valamint a rendszer építés gazdaságos kivitelezhetősége és fenntartása. Mára három területen szinte nélkülözhetetlenné váltak ezek az eszközök: - nagy termelési értékű gépek alkatrész szintű hiba diagnosztikája, állapotfelügyelete - változó teljesítményű gépek rezgésdiagnosztikai ellenőrzése, rezonancia vizsgálata - a munkadarabok gyártási folyamatának rezgésdiagnosztikai elemzése, ellenőrzése Az On-line rezgésdiagnosztikai eszközök előnye mára már vitathatatlanul megmutatkoznak: a jelentősen csökkenő telepítési költségekben, a vállalati folyamatirányítási rendszerekbe egyszerű becsatlakozásuk révén, a döntéshozatali mechanizmusok automatizálhatósága területén, illetve a kapott eredmények HMI felületen, közvetlenül értelmezhetően megjeleníthetők a karbantartók által használt informatikai rendszereken. Látható, hogy az eszközök használhatósága elsősorban a vállalati kultúrába való integrálás hatékonyságán múlik. Kulcsszavak: alkatrész szintű hiba előrejelzés, trend és gyökér hibaelemzés 1. Bevezetés A mai korszerű rezgésdiagnosztikai eszközökkel igen jó minőségű, folyamatosan és egyértelműen visszaismételhető FFT spektrumok készíthetők a gépészeti berendezésekről. A mérő eszközök fejlesztése a napi karbantartási feladatok megoldása felé irányult. A rezgéssebességgel a tengely állapotok, a gyorsulási képekkel a fogkapcsolódás és villamos jellegű hibák, illetve a nagyfrekvenciás csapágyvizsgáló eljárásokkal a korai csapágyhibák mutathatók ki, igen nagy pontossággal. A gép gépészeti felépítésének és a pontos fordulatszám ismeretében, egyértelmű alkatrész szintű hibadiagnosztika adható. Az On-line rezgésdiagnosztikai eszközök segítségével igen részletes trendelemzés készíthető és így, a nem várt meghibásodások a tönkremenetel előtt precízen kimutatható, a karbantartók és a technológiát irányítóknak egy javítási döntés előkészítés adható. A technológia fő gépei rendre összetett berendezések, frekvenciaváltós villanymotorok, fogaskerék hajtóművek és a megkívánt technológiai kihajtások. A gépek összetettsége és az állapotfelügyeleti karbantartás megköveteli, hogy megfelelő diagnosztikai eljárással előre jelezzük a hibát. A tengely állapotoknál a kiegyensúlyozatlanság és a mechanikai lazaság a leggyakoribb hibaforrás, amennyiben a több egységből álló gépen az egytengelyűséget beállítottuk és rendre ellenőriztük. A kifejlődő kiegyensúlyozatlanság jelentős túlterhelést eredményez a csapágyazáson, mely így a beépített élettartam, jó ha negyedére lesz képes. Karbantartási szempontból, egy ilyen esetben, a gyökérhiba analízis segít a kiinduló hibát azonosítani. Az On-line trend mérések segítségével, egyértelműen megítélhető a tengely illetve a csapágyállapot meghibásodás tényleges sorrendje, ezt segíti külön a rezgéssebesség illetve a nagyfrekvenciás csapágyállapot vizsgálat.
124 Az On-line rezgésdiagnosztika 25 éve 1. ábra Szerszámgép 1000 f/perces fordulatszám lépcsős mérése, vízesés diagramban ábrázolva, a fordulatszám fentről lefelé nő Ez az ábra szemléletesen mutatja, hogy a kiegyensúlyozatlanság emelkedő mértéke a fordulatszám növekedésével négyzetes arányban nő (lásd a kurzort). A felső három spektrum csapágyhibára utaló jelet mutat, a 4000 Hz-es frekvencia tartományban. A magasabb fordulatszámoknál viszont a csapágyhiba jel eltűnik. A gép rezonancia sávjai gerjesztik a csapágy hibát. On-line eszközök segítségével az ilyen fordulatszám lépcsős mérések sokkal hatékonyabban végrehajthatók. Karbantartói oldalról pedig kijelölhetők a nem kívánatos fordulatszám tartományok, ahol a kiegyensúlyozatlanság vagy a rezonancia idő előtti meghibásodáshoz és költséges javításhoz vezet. Az On-line mérések logikai vezérlésével kiválaszthatók a leginformatívabb fordulatszámok, ahol a várható hibák kellő időben kijelezhetők. A példa jól mutatja a rezonancia és a csapágyhiba közötti különbséget. 2. Csapágyhiba kifejlődése egy nap alatt Az OPEL Szentgotthárdi Gyárában közel 25 éve, hozzávetőleg 500 mérési ponttal, kifejezetten csak szerszámgépeken működik az SKF első generációs LMU On-line rezgésdiagnosztikai rendszere. A kezdeti beüzemelési nehézségeket követően igen meggyőző eredmények születtek. A kábelezési és a logikai vezérlési hibákat az OPEL-es kollegák hathatós segítségével sikerült leküzdeni, Csanaki Jenő, Varga István és Rigó Zoltán. Évi átlagban 50 esetben sikerült kimutatni az alap felvételekhez képesti trend eltéréseket és átlagosan évi 20 esetben dokumentált beavatkozásra is sor került. Az így összegyűjtött esettanulmányok egy igen reprezentatív és jól használható hiba könyvtárat jelentenek, segítve a karbantartást. A rendszer működésének a lényege, hogy először össze kell gyűjteni a gépek alap adatait, csapágyak típusa, gyártója, áttételek tulajdonságai, villanymotorok felépítése. A fordulatszám és az alkatrészek adataiból számíthatók a jellegzetes frekvencia értékek. A hiba kifejlődésére és nagyságára az amplitudó érték utal. Az ISO 10816 szabvány illetve az idevonatkozó SKF ajánlások alapján lehet a meghibásodás súlyosságát megítélni. Az Online rendszer tengelyenként csak egy-egy csapágyat, a szerszámhoz közelebbit figyeli, mivel nagy valószínűséggel itt kezdődik a tönkremenetel. Kérdéses riasztási esetben külön kézi méréssel lehet pontosítani a diagnózist. Az alábbi képek egy csapágyhiba iskolapéldát mutatnak be.
Az On-line rezgésdiagnosztika 25 éve 125 2. ábra Egy B7210 es csapágy külső gyűrű (BPFO) csapágyhiba harmonikus 317 Hz-es sorozat. A riasztási szint átlépésétől a szétszerelésig 24 óra telik el, a jelszint növekedés ötszörös ENVELOP 3-as nagyfrekvenciás szűrőnél. 3. ábra A spektrumok vízesés diagramban, trend emelkedés egy nap alatt. 4. ábra Szétszerelés után a csapágykép. Egy tipikus felszín alatti kifáradás, a repedések kifutnak a felszínre, a nagyfrekvenciás csapágyvizsgáló, még a teljes felület kitörése és az anyag kiesésé előtt jelez. Nem keletkezik selejt.
126 Az On-line rezgésdiagnosztika 25 éve 3. Újonnan telepített szerszámgép vizsgálata Az újonnan letelepített gépek esetében a felhasználók megvárják a garancia idő leteltét, tekintettel arra, hogy addig a gyártó felel a gép üzembiztonságáért. Az OPEL Szentgotthárdi Gyárának 21 új gépén, a beüzemelés pillanatától kezdve működésbe lépet az On-line rezgésdiagnosztikai állapotfigyelő rendszer. A kezdeti mérésekkel sikerült a gépek alapállapotát rögzíteni. Az itt feldolgozott esetben egy nem kellően előfeszített csapágynál, a megkívántnál nagyobb hézag tipikus szerelési hibát mutatott. A 7010-es csapágy 0,01 mmes előfeszítés növelésével a csapágy hiba megszűnt. A szerelési hibák esetében általában a csapágy külső gyűrű (BPFO) harmonikus sorozat utal a meghibásodásra. A 21 új gépen 3 esetben jelzett a diagnosztika lassú kifejlődésű hibát. A tönkremenetel ezekben az esetekben a garancia idő lejárta után következett volna be. Egy megfogott hiba javítási költsége jóval meghaladta volna a 21 gép On-line rezgésdiagnosztikai bekerülési és telepítési összes költségét. 5. ábra Lefejtő maró szegnyereg csapágyazásához beépített rezgésgyorsulás érzékelők. A méréseket befogott munkadarabbal és szerszámmal maximális fordulaton, de forgácsolás nélkül hajtjuk végre 20-50 munkadarabonként. 6. ábra Tipikus csapágyszerelési hiba, megjelenik a külső gyűrű hiba sorozat
Az On-line rezgésdiagnosztika 25 éve 127 4. Megmunkálás közbeni rezgésmérés A gyártósorok univerzális felhasználása miatt, előfordul, hogy a különböző mértékben változó munkadaraboknál például nem kívánatos rezonancia lép fel és szór a méret, hengerlésnél változik a vastagság, vagy felületi minta keletkezik. Forgácsolásnál a felületi érdesség nem megfelelő vagy a megadott tűrési méretet nem képes tartani a megmunkáló gép. Ezekben az esetekben is segíthet az On-line rezgésdiagnosztika. A megfelelően beállított, a hibát kimutatni képes mérési gyakorisággal felvett összes rezgésmennyiség egy teljes rezgésdiagnosztikai lenyomatot ad, a megmunkálásban résztvevő szinte minden alkatrész vagy egység állapotáról. A szerszámgép esetében a mérőfej a szerszámhoz legközelebb lévő csapágyazásra van felszerelve. Az egy gyártási ciklus során a meghajtó motororsó, az orsó csapágyazása, a munkadarab rögzítettsége, a szánok és a golyósorsók mozgása során keletkező nem kívánatos berezgések megjelennek a rezgési lenyomatban, nem különben maga a forgácsolásból származó rezgések. Nyilvánvalóan ez a módszer automatikusan nem adaptálható az egyik gépről a másikra, de ha van egy jól használható kiinduló állapotunk, akkor az eltérések a jó állapottól, akár időben vagy helyben utalhat a hiba forrására. A használt technológia sajátosságai is segíthetnek a jelek egyértelmű megfejtésében. Nyilvánvaló, hogy minél több ilyen jellegű felvételünk van az adott technológiáról, annál nagyobb gyakorlatot szerezhetünk a jelek értelmezésében. Szerszámgépek esetében szinte kizárólag logikai vezérlés segítségével tudunk teljes állapotfelügyeleti képet kapni a gép és munkadarab együttes rezgésképéről. A műszerek által mérhető paraméterezés, felbontás és mintavételezési gyakoriság befolyásolhatja az eredményeket. Nyilvánvaló, hogy egy hengermű vagy golyósmalom esetében a feladat egyszerű, de ezekben az esetekben is viszonylag kis rezgés jeleltérés is utalhat nagy technológiai eltéréseket. A szerszámgépek esetében ennél jóval bonyolultabb a helyzet, mert ott a gépek megmunkálási paraméterei is tág határok között változhatnak. 7. ábra Hengerfej megmunkálási ciklusok összehasonlítása A két megmunkálási ciklus nem azonos műszer beállítással került rögzítésre, ezért a mozgatásoknál kiugró csúcsok keletkeznek az első rögzítésnél. Az asztal forgatáshoz tartozó golyósorsóból származik a két kiugró jel. A forgácsolásból származó lenyomatok kísértetiesen hasonlítanak egymásra. A marás a menetfúrás és a dörzsárazás mindkét ciklus esetében azonos. A nem kívánt felületi elváltozáshoz nyilván meg kell találni a legkedvezőbb beállítást, hogy az eltérés ténylegesen kimutatható legyen. Ehhez ebben az esetben csak próbálkozással lehet közelebb kerülni, de az autóiparban a jó / nem jó állapot szétválasztása is már egy kiemelkedő eredmény a kérdéses esetekben.
128 Az On-line rezgésdiagnosztika 25 éve 8. ábra Egy hengerfej megmunkálási ciklus nagyított képe Kezdődik egy asztalforgatással, majd következik a hidrotőke marás átlagos 0,4-es jelszinttel. Egy ismételt forgatást követően, 4 gyertya hely fúrás és ezekben a furatokban menetfúrás következik. A nagyobb szünet a szerszámváltást mutatja, majd következik 8 szelepszár dörzsárazás és szelepülék megmunkálás, egy-egy ütemben. A lenyomatok szinte teljesen egyformák. A mérési feladatot egyébként erre az utolsó műveletre kellett kihegyezni. Ezeket a felvételeket az SKF IMx-S típusú 16 csatornás On-line rezgésdiagnosztikai műszerével végeztük. Nyilvánvaló, hogy a módszer kidolgozására és kipróbálására nem a legkedvezőbb a hengerfejgyártás, de mivel ennél a műveletnél jelentkeznek a kiugró problémák, így a kísérleti mintavételezés itt kezdődött el. Mára már hazánkban négy gyárban folynak hasonló mérések és a tapasztalatok egyre kedvezőbbek. 5. A vállalati kultúra és a rezgésdiagnosztika Ken Wilber amerikai filozófus mondása szerint Száz százalékban senki sem tévedhet, mindenkinek egy kicsit igaza van. Ha valahol, akkor ennek a mondásnak a legnagyobb igazságtartalma talán a karbantartásban és a hibaelhárításban van. Wilber A működő elme rövid története című művében az Emberi egyedfejlődést és a Nézőpontokat egységes filozófiai modellé állította össze, mely, mint modell remekül írja le a karbantartás és a vállalati kultúra kapcsolatát. Döntéseinket nézőpontjaink befolyásolják, melyet először Platón vezetett be, mint filozófiai kategóriát. A jobb alsó negyed az AZOK, a döntések külső, kollektív tartalmát, társadalmi hatását dolgozza fel. A bal alsó negyed a MI, a kulturális teret öleli fel, Mi együtt, mit kezdhetünk ezzel a feladattal. A bal felső negyed az ÉN egyéni, belső nézőpontot tükrözi, mely megmutatja, hogy csak nekem mennyire lett igazam. Ez a belső szubjektív feladat megközelítés az ember egyed fejlődésére épített létra szerint működik, azaz micsoda és milyen hatással van rám. A jobb felső negyed az AZ, az egyéni külső állapotot tükrözi, mely az igazság objektív tartalmát mutatja. Itt szűrhető le a tárgyak, folyamatok objektivitása.
Az On-line rezgésdiagnosztika 25 éve 129 9. ábra Döntéseink négy sarka a Nézőpontok 10. ábra Az ember egyedfejlődése a bal felső sarokban és ennek kivetülése a többi negyed Nézőpontjaira.
130 Az On-line rezgésdiagnosztika 25 éve A létrafokok a fejlődés ütemét határozzák meg. A fejlődés szabálya az azonosulás, a meghaladás és a megőrzés képessége. A negyedekbe a nézőpontok szerinti karbantartási folyamatok leírása került. A fejlődés egyetlen lehetősége, hogy a négy negyedben külön- külön, de azonos egyenszilárdsággal lezajlódjon, azaz megtörténjen a szembenézés. A karbantartás és a vállalati kultúra kapcsolata döntéshozatalokban nyilvánul meg. Jó döntés csak akkor hozható, ha a létra fokokon azonos szinten történnek a folyamatok, érdemi megfeleltetés, szembe nézés jön létre. Az egyén az ÉN minél magasabban van az egyedfejlődésben, a hitelességet és a belső őszinteséget ez fogja erősíteni, a másik három negyed ehhez fog kapcsolódni. A MI a tudásmegosztás és a kulturális szint, mint képesség segíti a folyamatot a Bal Alsó sarokból. A Jobb Alsó szint adja meg a vállalat kulturális szintjét, rangját. Ha a rendszer működik, akkor a Jobb Felső sarok megmutatja az adott feladat objektivitását. Nyilvánvaló, hogy akár ez vagy más modell a folyamatok megértést hivatott szolgálni, az adott helyen és az adott időben a tényszerűségtől eltérhet. De ha figyelembe veszzük például a Jobb Alsó negyed folyamatait, akkor beláthatjuk, hogy egy-egy ilyen modell segítheti a karbantartás fejlődését. 1. szint gépkezelők, tökéletes információ átadás és befogadás is 2. szint karbantartók, előírások, szabályok betartása 3. szint TMK csoport, tapasztalás átadás, kockás füzet 4. szint diagnoszta méréseivel szemléletváltás az objektivitás felé 5. szint tudásbázis kezelő, technológia, karbantartás, diagnosztika információ feldolgozás, rendszerezés A jó gazda szeme hizlalja a jószágot 6. szint vezetői szint, feladata a megegyezés, ez csak a kreativitással lehetséges, csapat építés, feladatok együttes leküzdése 6. Összefoglalás Az SKF Svéd Golyóscsapágy Zrt. 25 éves hazai On-line rezgésdiagnosztikai tapasztalata azt mutatja, hogy pusztán technikai eszközökkel érdemi feladat megoldás nem létezik. Kell hozzá a vállalati kultúra, melynek egyenszilárdságban kell lennie a bevezetendő technológiával. Ne utolsó sorban pedig, az emberi tényezőkön múlik a tényleges eredményesség.