Bányászati külfejtés gépi berendezéseinek rezgésvizsgálata Karbantartási program előkészítése

JELLEGZETES ÜZEMFENNTARTÁS-TECHNOLÓGIAI ELJÁRÁSOK 4.14 5.11

Bányászati külfejtés gépi berendezéseinek rezgésvizsgálata Karbantartási program előkészítése Tárgyszavak: állapotfigyelés; rezgésvizsgálat; bányagép; külfejtés; karbantartási program.

A bányászati gépi berendezések tervezőitől egyre nagyobb, mind sokoldalúbb és fokozott termelékenységű konstrukciók kidolgozását várják. Ugyanakkor a nagyobb berendezések meghibásodása esetében elkerülhetetlenül hosszabb állásidő fokozza a termelési veszteséget és növeli a karbantartási költségeket. A karbantartási javítások közötti hasznos üzemidő növelése érdekében a bányaiparban az operatív és a periodikus ellenőrzés stratégiájáról az állapotot figyelembe vevő, előrejelzéses stratégiára tértek át. Vagyis csak akkor kerül sor a gépek javítására, amikor egyes méréssel ellenőrzött paraméterek változásának elemzési eredményei ezt indokolják.

Előrejelzéses karbantartás (predictive maintenance) Az előrejelzéses karbantartás lényegében olyan roncsolásmentes ellenőrzési folyamat, amelyik olyan számított vagy mért jellemzők állandó ellenőrzésével jár együtt, amelyek bármikor meghatározzák a gép állapotát és lehetővé teszik, hogy a kialakuló problémákat már kezdeti fázisban ki lehessen mutatni. Ennek alapján kezdeményezni lehet a javítást, nehogy később katasztrofális meghibásodás következhessen be. Ez a folyamat minimális mértékben szakítja meg a bányászati művelési munkálatokat. Az előrejelzéses karbantartás már kezdeti fázisban megteremti a működésben lévő gép hibadiagnosztizálási feltételeit. Ezáltal megelőzi a katasztrofális meghibásodást és csökkenti a gép váratlan meghibásodásainak kockázatát, valamint gyakoriságát. Ily módon kevesebb lesz a nem tervezett állásidő és termelési veszteség, növekszik a gép hasznos működési élettartama. A gépek bizonyos meghibásodott alkatrészeinek nyilvántartása lehetővé teszi a karbantartó személyzet számára, hogy előre tervezzék a javítási műveleteket és így csökkentsék a javítási állásidőt. Ugyanakkor a hiba korai kimutatása következtében mód nyílik a tartalékalkatrész-készlet korlátozására, mert a karbantartó személyzet számára hosszabb idő áll rendelkezésre az alkatrészcseréhez, illetőleg a javítás megrendelésére.

Az előrejelzéses karbantartás hasonló jellegű tevékenységet igényel, mint az emberi betegségek diagnosztizálása. A gép állapotának értékelése érdekében megköveteli a gép konstrukciójának, valamint a gép állapotát rögzítő napló adatainak alapos ismeretét. Az előrejelzéses karbantartás céljából általában alkalmazott roncsolásmentes vizsgálati módszerek: a rezgéselemzés, az olajelemzés, az ultrahangos és a mágnesrészecskés ellenőrzés, az infravörös termográfia stb. Forgógépek állapotának értékelésére sokoldalúan alkalmazható a rezgésmérés és -elemzés.

Rezgésvizsgálat forgó főmozgású gépi berendezéseken Ebben az esetben a vizsgálat elvileg egyszerű: minden forgó főmozgású gép működéskor – konstrukciójától és fordulatszámától függően – jellegzetes hangot ad. Adott fordulatszámon ez a hang a gép állapotától függően változik. A hordozható rezgésvizsgáló készülék használatakor a rezgésdetektort a csapágyszerelvényre kell helyezni, ügyelve arra, hogy minden újabb méréskor a rezgésérzékelő detektor helyzete pontosan azonos legyen. A gép rezgése gyenge villamos jelzést generál az átalakítóban, amit a hordozható analizátor regisztrál. A rezgési amplitúdó korábbi esetekben felvett értékeivel való összehasonlítás alapján megállapítható, hogy a gép állapota stabil vagy megváltozott. Amennyiben a változás riasztóan nagy, kezdődik a mérés második fázisa, a frekvenciaelemzés. Ennek a műveletnek a feladata a rezgés forrásának és intenzitásának meghatározása. Az elemzési eredmény ismeretében a karbantartó személyzet megkezdheti a hibaelhárítást. A meghibásodás kezdeti fázisában ez egyszerű és olcsó: például a csapágyak zsírozása, kiegyensúlyozás, a hajtószíj beállítása, vagy az esetleg kiolvadt biztosíték cseréje az egyenáramú motor egyenirányítójának kapcsolótábláján. Súlyosabb meghibásodás esetén meg kell rendelni a pótalkatrészt, a javítást elő kell készíteni, és össze kell hangolni a termeléssel a javításhoz szükséges állásidőt. Lényegében az a feladat, hogy a súlyosabb meghibásodás megelőzése érdekében időben megtervezhető legyen a karbantartási művelet. Arról is dönteni lehet, hogy a javítást a saját karbantartó személyzet végezze el, vagy külső szakszolgálatot érdemes igénybe venni a javítás minőségének biztosítása érdekében.

Folyamatos rezgésellenőrzési program kezdeményezése Egy kanadai bányavállalatnál (Louvicourt mine, Quebec) folyamatos rezgésellenőrzési programot kezdeményeztek. Az előrejelzéses karbantartás megvalósításához megfelelően fel kellett készülni. Számítástechnikai rendszert, adatkezelő szoftvert és adatgyűjtő készüléket szereztek be. A techniku-

sokat egy szakvállalat oktatta, és ez a cég a program első évében támogatta a rendszer gyakorlati bevezetését. A program megkezdésekor mindenekelőtt az új gépek vizsgálatára került sor. Kimutatták a csapágyak meghibásodását, az esetleges helytelen beállítást, a kiegyensúlyozatlanságot, a villamos motorok állórészén belül a forgórésztengely elmozdulását, a fogaskerék-hajtómű kerekeinek rossz beállítását, a mechanikus szerelvények túl nagy játékát stb. A bányaüzem több vezető beosztású műszaki szakembere is elvégzett egy háromnapos rezgésvizsgálati tanfolyamot, hogy jobban megismerjék az eljárás használatának feltételeit. Az első két évben csak az ércdúsító üzem forgógépein végeztek méréseket hetente háromszor. A módszer alkalmazásának eredményei alapján a vizsgálatokat további részlegekre is kiterjesztették. Néhány gyakorlati példát mutatnak be az alábbiak.

Első eset: golyósmalom fogazott rúdjának főcsapágya A közel 5 m átmérőjű, több, mint 7 m hosszú forgórészt 4000 LE-s, 200 ford/perc fordulatszámú szinkronmotor működteti. A fogaskerék-közlőmű rugalmas tengelykapcsoló által forgatott 21 fogú tengelye SKF 23264 CA típusú csapágyakon fut. A malom fordulatszáma 15 ford/min. Az ilyen jellegű berendezéseken számos rezgésforrás hatása érvényesül. A fordulatszám állandó, a fogaskerék-hajtómű egyenletesen ismétlődő rezgésjelet ad. Az őrlési folyamat rendezetlen rezgései az esetleg kezdődő meghibásodás által előidézett rezgésváltozás jelzéseit elnyomhatják. Vizsgálati módszer A méréseket 0–1000 Hz frekvenciatartományban végezték. A gyorsulásmérővel 1000–20 000 Hz közötti nagyfrekvenciás vizsgálatra is sor került. A rezgésmérés mindenekelőtt a 200 ford/min x 21 fog = 4200/perc = 70 Hz kisfrekvenciás rezgést jelezte (1. ábra). Rezgéselemzéssel azonban a fogazott tengely önbeálló csapágyának belső futógyűrűjével kapcsolatos frekvenciákat is ki lehetett mutatni. A 2/a. ábrán látható a csapágy rezgésspektruma és a néhány oldalsáv (az alapfrekvencia mindkét oldalán jelentkező csúcsok). A 2/b. ábra az idő függvényében mutatja be a hullámalakot. Ez az eljárás az ütközések jelzéseit képes kimutatni. A csapágy belső futógyűrűje a tengely minden egyes körülfordulásakor egyszer kerül a terhelési övezetbe. A három csúcsamplitúdó-sorozat jelzi, hogy a csapágygörgők háromszor hibahelyen haladnak át. A 8,39 amplitúdó/csúcs arány az ütközésre figyelmeztet. Az ilyen jellegű hibát vagy a csapágy futógyűrűjének adott ponton megkezdődő kopása, vagy a csapágygyűrű vékony folytonossági hiánya okozhatja. 200 ford/min fordulatszámon a hiba viszonylag lassan növekszik. Tehát várni lehetett a csapágycserével, hiszen a hullám időgörbéje kis ütközést jelzett.

golyósmalom gördülőcsapágya 0,10

gyorsulási csúcsok, g

0,08

0,06

0,04

0,02

0,00

0

4000

8000

12 000

frekvencia, ciklus/min

1. ábra Normális gyorsulási értékek, a fogaskerék fogkapcsolódási frekvenciája függvényében golyósmalom gördülőcsapágya

golyósmalom gördülőcsapágya D

D

2,1

D D D D D D D D D D



0,16

0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

1,8 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3

0,02

0

0 0

6000

12 000

18 000


24 000

30 000

0 0,3 0,4 0,9

1,2 1,5

1,8

2,1 2,4 2,7

tengelyelfordulás

2/a. ábra Meghibásodás kimutatása: a belső csapágygyűrű hibahelyén a gördülőtest áthaladási frekvenciájának (D = BPFI) PeakVue® módszerrel felvett spektruma alapján 2/b. ábra A terhelési övezetbe kerülő hiba miatti ütközés hatását jelző, PeakVue® módszerrel felvett hullámalakgörbe

A rezgésvizsgálat során a golyósmalom hajtótengelycsapágyának belső futógyűrűjén hibát észleltek. Figyelték, hogy a továbbiakban hogyan alakul a hiba. A csapágy meghibásodási folyamatának gondos követése érdekében hetente háromszor rezgésvizsgálatot végeztek, értékelték a spektrumot és a hullámalakot, ugyanakkor fülhallgatóval is ellenőrizték a rezgési zajt. Három hónap múlva a rezgési intenzitás megnövekedése már jól érzékelhető volt. A rezgésvizsgáló az üzemegység és a karbantartás művezetőit felkérte, hogy személyesen is hallgassák meg a hibajelzéseket. A tervezett üzemszünet alatt megvizsgálták a csapágyat. Egy vékony vonalat lehetett látni. A szükséges csapágy raktáron volt. A leállítást megelőzőleg elvégezték az előkészületeket és néhány hét múlva, a tervezett állásidő alatt a két csapágyat kicserélték. Beleértve a motortengely utánállítását is, a munka 16 órát vett igénybe. A leállítás előtt néhány nappal felvett rezgésvizsgálati eredmények, a spektrum (3/a. ábra) és a hullámalak az idő függvényében (3/b. ábra) jelzik a meghibásodás mértékét. golyósmalom gördülőcsapágya

0,24 0,18 0,12 0,06 0

10

D D D D D DDDDD D D



0,30

golyósmalom gördülőcsapágya DDDDDDDDDDDDDDDDD

8 6 4 2 0 -2

2,1 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 5,1

0

6000 12 000 18 000 24 000 30 000


a körülfordulás mértéke

3/a. ábra PeakVue® módszerrel felvett spektrum a csapágycsere előtt 3/b. ábra PeakVue® módszerrel felvett hullámalak az idő függvényében, csapágycsere előtt A spektrumon az energia hat hét alatt 0,27 g-ről 0,65 g-re nőtt. A hullámalak esetében az energianövekedés 0,32-ről 0,82-re változott. Az amplitúdó/csúcs arány 8,39-ről 16,6-ra ugrott. Miután az ellenőrzés során megtisztították a csapágyat, kiderült, hogy a 32 cm furatátmérőjű belső futógyűrű meg volt repedve. A gyűrű ugyanakkor elcsúszott a tengelyen és azon karcokat

hagyott vissza, azonban nyilvánvaló volt, hogy hamarosan súlyosabb meghibásodás is bekövetkezhet. Csapágycsere után a működés zavartalan volt. A teljes ellenőrzési időszak alatt bekövetkezett amlitúdóváltozási trendet tünteti fel a 4. ábra. golyósmalom gördülőcsapágya 0,8 0,7


0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

0

10

20

30

40

50

60

70

napok: ápr. 12 és jún.12 között

4. ábra Rezgésintenzitási trend (a gyorsulás egységében kifejezve) a csapágycserét megelőző hónapokban és az új csapágy beszerelése után Amennyiben egy ismert hibaok esetére már felvették az amplitúdóváltozási görbét, lehetőség van a riasztási rendszer beállítására és a következő alkalommal már a szoftver generálhatja a figyelmeztető jelzést. A gép javítását még a tengely meghibásodása előtt elvégezték, és ezzel egy lényegesen hosszabb állásidőt lehetett kiküszöbölni. Ennek a golyósmalomnak a nem betervezett leállítása a csapágycsere miatt legalább 36 órát vett volna igénybe. Az állásidő óránként 17 000 USD veszteséget okoz, tehát a teljes veszteség meghaladta volna az 500 000 USD-t. Ugyanakkor az ércdúsító termelése is lecsökkent volna. A meghibásodás előrejelzése révén a bányaüzem elhárított vesztesége a teljes rezgésvizsgálati program 508 582 dolláros költségeit fedezte (1. táblázat).

1. táblázat A rezgésvizsgálati program költségeinek részletezése egy kanadai bányavállalatnál Munkabér 1 technikus (8 év alatt)

370 000 USD

Képzés

25 317 USD

Berendezés CSI gyártmányú, 2120 típusú adatgyűjtő Karbantartás Műszerek Szoftver és pótlólagos korrekciója Motor állapot Tartozékok (kábelek és átalakítók) A berendezésért összesen

25 000 USD 4 695 USD 13 500 USD 26 000 USD 10 500 USD 15 000 USD 94 695 USD

Külön kiadások Szellőzőberendezés Szaktanácsadók

12 170 USD 6 400 USD

Teljes költség

508 582 USD

Második eset: Flotációs berendezés Ezt a berendezéstípust a bányászatban jól ismerik. Függőleges elrendezésű, 1200 ford/perc fordulatszámú motor szíjhajtáson keresztül működteti a keverőt. A keverőlapátozás az oldatot felkavarja és a koncentrátum a felszínre úszik. A keverő fordulatszáma 227 ford/perc. Az ilyen típusú berendezés rezgéselemzése két szempontból is nehézséggel jár. Először is a keverési fordulatszám kicsi és ezért a rezgési energia is kicsi. Másodszor a szíj állandó feszültséget létesít a motor és a keverő között, ami megnehezíti a hiba növekedését jelző rezgések érvényesülését. Azelőtt a szíjhajtásos rendszer kopását csupán a karbantartási leállítás alatt lehetett megállapítani. Akkorra már a kialakult játék erősen megnövekedhetett. A szokásos rezgésvizsgálattal ezt nem lehet kimutatni. Az 5/a. ábra tünteti fel a rezgési amplitúdó trendgörbéjét, a 5/b. ábra a frekvenciaspektrumot, ami nem utal semmi aggasztó jelenségre. Később az elemző rájött arra, hogy a PeakVue® rezgéselemzési eljárás szolgáltatja a helyes információt. Amikor a spektrumon belül növekszik a háttérzaj és az időtartományban az ütközések láthatóvá válnak, ezek a kopás jelei. A 6/a. ábrán látható a belső futófelület rezgéselemzési eljárással kimutatott meghibásodásának egyik újabb példája. Ezt a flotációs berendezés 227 ford/perc fordulatszámú tengelyének felső csapágyán fedezték fel. Rezgésvizsgálat szempontjából ez a fordulatszám viszonylag kicsinek számít. A 6/b. ábra tünteti fel a hullámalakot az idő függvényében arra az esetre, amikor a csapágyhiba által a forgó tengelyre gyakorolt ütések hatása érvé-

nyesül. Az eljárást azóta a bánya többi szíjhajtásos berendezéseinek ellenőrzésére is igénybe veszik. flotációs berendezés gördülőcsapágya

flotációs berendezés gördülőcsapágya


0,5

0,024

DDDDDDDDDDD

meghibásodás szintje

0,4

0,018 0,3 0,012

riasztási szint

0,2

0,006

0,1 0 0

30

60

90

120

150

180

0

210

0

20 000

napok, aug. 4-től febr. 1-ig

a/

40 000

60 000


b/

5/a. ábra A rezgésamplitúdó semmi komoly jelenségre nem figyelmeztető trendgörbéje 5/b. ábra A rezgésintenzitás komoly hibára nem figyelmeztető jelleggörbéje flotációs berendezés gördülőcsapágya 1,2

0,12

D

D

D D

D

D

D

D

D

D

D



flotációs berendezés gördülőcsapágya

0,09

0,06 0,03

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

0,9

0,6 0,3 0

0 -0,3 0 a/

10 000

20 000


30 000

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

a körülfordulás mértéke

3,0

3,5 b/

6/a. ábra Csapágyhibára figyelmeztető, PeakVue® módszerrel felvett rezgési frekvenciagörbe 6/b. ábra A csapágyhiba ütközési jellegét bemutató hullámalakgörbe az idő függvényében

A vizsgálati program fejlődése Jelenleg az üzemben hetente végeznek méréseket 270 forgó főmozgású gépen. Ez talán túl gyakorinak tűnik, hiszen az iparban általában havonta egyszer kerül sor ellenőrzésre. Az elemzés segítségével végzett vizsgálatok azonban kiderítették, hogy a korszerű méréstechnika ellenére előfordulhat, hogy azok a gépek, amelyeknek állapota általában lassan romlik, gyorsan, akár egy heti idő alatt is, tönkremehetnek. A program eredményessége és a váratlan gépmeghibásodások gyakoriságának csökkenése éppen a hetente rendszeresen végzett ellenőrzéssel magyarázható. A 270 gép mindegyikén vertikális és horizontális irányban 12 mérést végeznek, ami összesen 3000 mérési pontot jelent. A riasztási rendszer létesítésére fordított idő megtérült. A spektrumok elemzésére csak olyankor kerül sor, amikor a jelzés intenzitása átlépi a riasztási küszöbértéket. A rezgésvizsgáló technikus minden gépen az esetleges tömszelenceszivárgásokat, az olajszintet, a szíjkopást, a villamos motorok elszennyeződését, a védőburkolatok meghibásodását vagy a gyanús zajok okait is ellenőrzi, miután ő az egyetlen személy, aki hetente találkozik valamennyi forgó főmozgású géppel. Amint problémát észlel, a javítást is megrendeli. Minden héten egyszer a tartalék szivattyúkat is üzembe helyezik. Ezzel igazolják, hogy megfelelő állapotban vannak. Ilyenkor a felmelegedés szárazon tartja a motorokat. Ez a csapágyak berágódását is megakadályozza.

A program költségei A nyolc év alatti, összesen 508 582 USD ráfordítás (1. táblázat) gépekre lebontva évi 235, vagyis heti 4,53 USD-t jelent. Amikor egy bányában beruházást kívánnak eszközölni a folyamatos rezgéselemzésre, a vezetőségnek két kérdést kell tisztáznia: ez mennyibe kerül és mennyi a haszna? A Louvricourt bányában anyagilag is eredményes volt a teljes folyamatos rezgésellenőrzési program. Amennyiben kisebb berendezésekről van szó, amelyekre a teljes munkaidejű vizsgálótechnikus beállítása nem kifizetődő, érdemes lehet külső megrendeléssel megoldani a kérdést. Elsőnek a termelés szempontjából kritikus gépeket kell az ellenőrzési rendszerbe bevonni. Tehát az állandó terheléssel, kb. 300 ford/min fölötti fordulatszámon működtetett, helyhez kötött gépek esetében az ilyen ellenőrzési eljárás eredményesen alkalmazható. Ez azonban nem érvényes a szakaszos működésű, önjáró gépekre, amelyek változó fordulatszámon, erősen változó terhelési viszonyok között működnek. Ilyenek többek között az elektromechanikus bányászati lapátoló/rakodó gépek, pedig ezek rezgési spektrumának folyamatos ellenőrzése lehetővé teheti a mechanikus és villamos állapot közötti korreláció ki-

mutatását. A gép mechanikai állapotának leromlása olyan dinamikus erőhatások kialakulásával jár együtt, amelyek megváltoztatják a rezgésspektrumot. Megfelelően alkalmazott rezgéselemzés révén a gépalkatrészek bizonyos meghibásodása még a súlyos károsodás bekövetkezése előtt kimutatható lenne.

Harmadik eset: Elektromechanikus lapátoló/rakodó gépek Külszíni fejtés esetében robbantás után az elektromechanikus lapátoló/rakodó gépek a fellazított anyagot dízelelektromos tehergépkocsikra rakodják, amelyek az ércet és a letakarított meddőt elszállítják az ércfeldolgozó telepre, illetőleg a meddőhányóra. A termelékenységnövelési igények kielégítése érdekében a lapátoló/rakodó gépeket gyártó vállalatok az új berendezéskonstrukciók teljesítményét megnövelték, hogy a tehergépkocsi-rakodást felgyorsíthassák. Jelenleg a markolóputtony űrmérete eléri a 60 m3-t és egy 340 t-s tehergépkocsit négy emelési adaggal teljesen feltölt. Nyilvánvaló, hogy a termelés jelentős kárt szenved, amikor valamelyik gép váratlanul meghibásodik. A lapátoló/rakodó gépek üzemképes állapotának növelésére is járható útnak tartják az előrejelzéses karbantartás módszerének alkalmazását. Ennél a berendezésnél a rezgésvizsgálat nem számít újdonságnak. A bányaiparban ezt a módszert régebben már alkalmazták, azonban változó sikerrel. Ezért a vizsgálatra új eljárást kellett választani. Konstrukciós felépítés A gép általában három fő szerelvényből áll, ezek az alsó hajtóműszerkezet, a forgótányér és a mellső rész. Az alsó hajtóműszerkezeten helyezkedik el a két másik szerelvény. A mellső rész állványzatához csatlakozik a puttonytartó kar, a gém, a puttonycsörlő, a kötélfeszítő és a visszahúzó kötél. A berendezésen négy közlőmű van. Ezek a csörlő, a kötélfeszítő, a forgógém és a hajtómű közlőművei. Elsősorban az alábbi kettő vizsgálatával kell foglalkozni: 1. A csörlő hajtóműve emeli és süllyeszti a puttonyt a kötelek és a hornyos tárcsa segítségével. A csörlőgépezet váltakozó áramú motorral működik, amelyik kétfokozatú fogaskerekes hajtóművel működteti a csörlő kötéldobját. A csörlőmotor kétpólusú, kalickás forgórészű, szabályozott fordulatszámú, irányváltásos, váltakozó áramú motor. A motorfordulatszám szabályozása céljából a tápfrekvencia 10–68 Hz határok között változtatható. 2. A kötélfeszítő hajtóművének feladata, hogy biztosítsa a serleg behatolását a kőzetbe megemelése közben. A kötélfeszítő hajtómű váltakozó áramú motorból, fékből, kötéldobból, és a dobot működtető háromfokozatú fordulatszám-csökkentő fogaskerekes áttételből áll. A kötélfeszítő hajtómű szabályozható fordulatszámú, irányváltásos, váltakozó áramú motorból, csörlőfékből, kötéldobból és a dobot működtető, fordulatszám-csökkentő fogaskerék-hajtóműből áll.

A rezgés folyamatos ellenőrzése

ford/min

Általában a lapátoló/rakodó gép csörlőberendezésének, kötélfeszítő hajtóművének, a forgógémnek és a hajtómű közlőművének folyamatos ellenőrzését kell elvégezni. A gépen ezenkívül vannak még fúvók, folyamatos üzemű motorgenerátor és a féktartályba levegőt szállító kompresszor. Mindenekelőtt a bonyolultabb struktúrájú csörlő és a kötélfeszítő hajtómű rezgésvizsgálata jelent problémát, mivel munkaciklusuk rövid és változó terheléssel, valamint sebességgel működnek. A motorfordulatszám a serleg elmozdulásának egyes szakaszaiban egészen kicsi. A csörlő működési ideje közben a közlőmű terhelése nagyon változó, miután az ásási erőszükséglet függ a kitermelt kőzet méretétől és konzisztenciájától. Az ásómozgással szembeni ellenállás jelentősen megnövekszik, amikor a puttony olyan nagyméretű kőzetbe ütközik, amelyet a robbantás nem darabolt fel kellőképpen. Ez akadályozza a rezgéselemzést, mivel a fogaskerékszekrényekben kialakuló normális rezgések függnek például a fogaskerékfogak által átadott erőtől. Eddig a bányaipari elektromechanikus lapátoló/rakodó gép folyamatos rezgésellenőrzését általában nem a termelési tevékenység közben végezték. Az volt a cél, hogy állandó fordulatszám- és terhelési viszonyok által biztosítsák a közlőmű állandó terhelését, és akkor mérjék a rezgéseket, amikor a puttony üres. Ilyenkor a puttony mozgását a lehető legkisebb sebességre állították be. A 7. ábra tünteti fel a csörlőmotor fordulatszám-változását az üres serleg legfelső és legalsó helyzete közötti elmozdulás közben, különböző üzemi feltételek között. 1800,0 1700,0 1600,0 1500,0 1400,0 1300,0 1200,0 1100,0 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0

1750 ford/min motorfordulatszám

300 ford/min motorfordulatszám

0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,0 27,5 30,0 32,5 35,0 37,5 40,0 42,5 45,0 47,5 50,0

idő

7. ábra A motor fordulatszámának változása a puttony egy elmozdulási ciklusa alatt

Az ábrából kitűnik, milyen hosszú az az idő, amíg a gép közelítőleg állandó sebességgel működik. Amikor a motorfordulatszám 1750 ford/min, ez az idő 3,3 s, amikor 300 ford/min, akkor 19 s. A két szélső helyzet között lefelé irányuló mozgás, valamint a felfelé irányuló elmozdulás ciklusai hasonlóak egymáshoz. Annak eldöntéséhez, hogy milyen fordulatszámon végezzék a mérést, az alábbiakra kell tekintettel lenni: 1. A fogaskerék-kapcsolódás és a csapágy által gerjesztett frekvenciák egyenesen arányosak a fordulatszámmal és függnek (fogaskerekek esetében) a fogszámtól, (csapágyak esetében) a geometriai kialakítástól és a fizikai méretektől. A fordulatszám csökkentésével fordított arányban növekszik a méréshez szükséges idő, ugyanakkor viszont az állandó fordulatszámon elvégezhető mérés számára rendelkezésre álló idő arányosan megnövekszik. Tehát hasonló mérési eredményeket kapunk akár 300, akár 1800 ford/min esetében. 2. Viszont a fordulatszám csökkenésének négyzetével arányosan csökken a nem állandósult rezgési jelenségek gyakorisága, miután a rezgést előidéző dinamikus erőhatások a motorfordulatszám függvényében kisebbek lesznek. A 8. ábra tünteti fel a kötélfeszítő hajtómű esetében a fordulatszámcsökkentő közlőmű hajtótengelyének rezgésspektrumát. spektrum 3HA – AC (ChA) 0,2400

g RMS

2GMF2

GMF2

GMF: fogkapcsolódási frekvencia

GMF1

2GMF1 3GMF2 3GMF1 0,0 0,0


8. ábra A kötélfeszítő rezgései, üres puttony esetében

A mérés állandó 1970 ford/min fordulatszámon 1,28 s ideig tartott. Csupán az első és a második fogaskerék-áttétel egész számú többszöröseinek megfelelő frekvenciákat lehet észlelni. Csapágyhibára vagy más problémára utaló jelek nem figyelhetők meg a spektrumon. Folyamatos rezgésellenőrzés munkavégzés közben A gépen végzett szabványos rezgésvizsgálat azzal a hátránnyal jár, hogy az ehhez szükséges idő alatt a berendezés kiesik a termelésből. Az ilyen berendezéseken a periodikus mérések gyakorisága is nagyobb kell, hogy legyen, mint helyhez kötött gépek esetében, mivel erősen változó működési feltételek között dolgoznak. A bányagépek egyébként is jobban ki vannak téve a meghibásodás veszélyének, miután nagyobb a valószínűsége annak, hogy szennyeződés vagy víz kerül a fogaskerekek közé, a csapágyakba, vagy a hidraulikába. Arról sem szabad elfeledkezni, hogy a lapátoló/rakodó gép keretszerkezete az erőhatások következtében deformálódhat. A termelésből való kiesés elkerülése érdekében tehát működésben lévő berendezésen végeztek rezgésvizsgálatokat a csörlő közlőműtengelyén a serleg egy teljes rakodási és ürítési ciklusa alatt. Üzemelés közben alkalmazható rezgésvizsgálati módszerek Kiterjesztett idejű hullámalak-elemzés Az eljárás lehetővé teszi olyan események kimutatását, amelyek lassan mennek végbe, rendszertelenül vagy periodikusan ismétlődve következnek be. Példa erre a csörlő közlőművének működési ciklusa folyamán felvett rezgési diagram (9/a ábra). A 39 s alatt felvett 9 984 000 mérési ponttal jellemzett tranziens jelenséget kétcsatornás rezgésanalizátorral értékelték. A kiterjesztett hullámalak-elemzés lehetővé teszi a nagy rezgési gyorsulások értékének és időtartamának meghatározását. Hasznos eszköze lehet az aktív karbantartási tevékenységnek, miután hozzásegíthet az ilyen nagy gyorsulások (vagyis nagy dinamikus erőhatások) okainak meghatározásához. Például: 1. A serlegmozgás nem megfelelő szabályozása. A 9/a. ábrán megfigyelhető, hogy az üres serleg lefelé irányuló mozgása (F ciklus) közben kialakuló rezgési gyorsulások amplitúdója mintegy tízszerese annak, mint ami az ércet rakodó serleg elmozdulása közben keletkezik (A ciklus). Ugyanis a serleg nem termelékeny lefelé irányuló mozgását a lehető leggyorsabbra állították be, aminek következtében nagy tehetetlenségi erők ébrednek. A fékezési fázisban a nagy lassítás energiaveszteséggel jár együtt, amit vagy villamos ellenállással kell felvenni, vagy visszatáplálással lehet hasznosítani.

g

2. A serleg helytelen kezelése. Bizonyos körülmények között a gép kezelője nagyméretű kőzetdarabok eltávolításakor a puttony élével belevág a fejtési homlokba. Azért törekszik nagy térfogat kitermelésére, mert a mennyiség alapján kapja a prémiumot. Más szavakkal kifejezve a gép kezelőjét nem arra ösztönzik, hogy óvatosan bánjon a berendezéssel, hanem, hogy maximális termelést érjen el. A gyártóvállalatok szerint ilyen, a kőzetfelületen végzett kaparó vagy ütő mozgásokra vezethető vissza a lapátoló/rakodó gépek egyes alkatrészeinek idő előtti tönkremenetele. A kiterjesztett hullámalak ellenőrzése lehetővé teszi annak az időpontnak a meghatározását, amikor a puttonyt ütésre vették igénybe. Ha ezt a gépkezelő tudja, akkor gondosabb lesz és vigyáz, nehogy nagy kárt okozzon a gépben. 3. Nem megfelelő konstrukciós megoldás vagy szerelési hiba. A kétirányú mozgásra igénybe vett fogaskerékszekrényekben megfelelően be kell állítani a foghézagot, hogy irányváltásnál a dinamikus igénybevétel hatása minimális legyen. A kiterjesztett idejű hullámalak ellenőrzése révén lehet ezeket a dinamikus igénybevételeket mennyiségileg meghatározni és ebből lehet következtetni a szükséges foghézag nagyságára, illetőleg a rendszer rugalmasságával szemben támasztandó igényre.

ford/min

a/

b/

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 1750,0 1500,0 1000,0 500,0 0,0 -500,0 -1000,0 -1500,0 -2000,0 -2250,0

A

B

C

D

F

15,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 32,0 34,0 36,0 38,0 40,0 42,0 44,0 46,0 48,0 50,0

idő

9. ábra A puttony rakodási/ürítési ciklusa: a) rezgésgyorsulás, b) forgássebesség

Meghatározott időtartamú spektrumelemzés A regisztrált kiterjesztett idejű hullámalakot utólag a vizsgálatot igénylő szakaszban részletesen lehet értékelni. A 9/b. ábra szerint az F övezetben van egy szakasz, ahol a fordulatszám viszonylag állandó. Ebben a szakaszban mód nyílik a hagyományos spektrumelemzésre. A 10 .ábra mutatja be ennek az övezetnek a rezgésspektrumát. átlagolt spektrum 3 – H(ChA)

0,0150

GMF: fogkapcsolódási frekvencia

g RMS

GMF2 GMF1

0,0

2GMF1

0,0

12000e+5 frekvencia, ciklus/min

10. ábra A csörlőgyorsulás spektruma a puttony lefelé irányuló mozgása alatt (sebességváltozás) A 42,7 s és 46 s közötti időtartományban a fordulatszám mintegy 2039 ford/min. A legnagyobb felharmonikus frekvenciája 4078 ciklus/min, ami nyolcada az első fogaskerék-áttételi fokozat 16xZ1 = 32 624 ciklus/min értékének. A 10. ábra az első (GMF1), ill. a második (GMF2) fokozat felharmonikusain kívül azok fogkapcsolódási frekvenciáját is feltünteti. A GMF 1/8 többszörösének megfelelő frekvenciákhoz tartozó értékek alapján arra lehet következtetni, hogy az első fokozat fogfelületei kopottak. Folyamatos rezgésellenőrzés a gép változó fordulatszámán és terhelésén Amennyiben a gép állandó fordulatszámon és terhelésen működik, mint ahogy azt a 10. ábra mutatja, a hagyományos spektrumelemzés módszere segítségével következtetni lehet a gép mechanikai jellemzőire, így többek közt

a fogfelületek állapotára akkor, amikor süllyesztik a puttonyt. Ahhoz, hogy a fogfelületek másik oldalán is értékelni lehessen a mechanikai tulajdonságokat, a puttony felfelé mozgásakor felvett spektrumot kell elemezni. Viszont a változó fordulatszám következtében, a hagyományos eljárással erre nincs mód. Nem állandósult üzemviszonyok között új elemzési módszerekre van szükség. Ilyenek többek közt a rendezett spektrumelemzés és az idő– frekvencia transzformált eljárás. Rendezett spektrumelemzés A módszer segítségével a frekvencia függvényében meghatározható a rezgési amplitúdó és fázis, azonban szemben a hagyományos spektrumelemzés esetével, nem Hz, vagy ford/perc, hanem a forgási frekvencia rendezett felharmonikusai függvényében. Ebben az esetben a gép fordulatszámától függetlenül a harmonikus vagy a felharmonikus összetevők rendezettsége változatlan marad. A vizsgálat során a rezgésdetektor jelzéseit a tengelyelfordulási szög állandó növekményei függvényében, tehát a tengely fordulatszámával arányos gyakorisággal, nem pedig az idő függvényében kell mintavételezni, mint a szokványos Fourier-elemzésnél. A gyakorlati kivitelezés esetében a jelek regisztrálása ugyan először a hagyományos eszközök felhasználásával, állandó időközönként történik, azonban ezt követőleg ezeknek a jeleknek a tengelyelfordulási szög növekményei szerint végzett ismételt mintavételezésére kerül sor. A 11. ábra mutatja be a serleg felfelé irányuló mozgásakor a csörlőtengely gyorsulásának rendezési spektrumát. sebesség 0,040 0,035

mm/s csúcsok

0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 0,5

1,0

2,0

3,0

40,

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0 14,0

rendezési sor

11. ábra A puttony felfelé irányuló mozgása alatti csörlőgyorsulás rendezési spektruma

Tehát ebben az esetben a rezgésspektrum elemzése ugyanúgy elvégezhető, mint amikor a tengely fordulatszáma állandó. Idő–frekvencia transzformálás Az idő–frekvencia transzformálás (TFT) a jel energiaeloszlását az idő– frekvencia sík függvényében, a harmadik dimenzióban értékeli. Tehát nem kétdimenziós, hanem háromdimenziós spektrumot kapunk. A térben ábrázolt energiacsúcsokhoz tartozó frekvenciák a fogaskerék kapcsolódási frekvenciáinak és azok felharmonikusainak felelnek meg. A csúcsokhoz tartozó frekvenciák modulációja a tengely fordulatszám-változásával van korrelációban. Az amplitúdómoduláció is a fogaskerék-fogazás terhelésének függvénye, vagyis értékelhető, hogy a terhelésváltozás milyen hatással van a fogaskerekek rezgéseire. A háromdimenziós diagram adott időpont szerinti metszete egy adott terheléshez tartozó rezgésspektrumnak felel meg, vagyis lehetővé teszi a gép esetleges meghibásodásának elemzését.

Következtetések Tehát nemcsak a helyhez kötött, állandósult viszonyok között üzemeltetett berendezések, hanem a dinamikusan igénybe vett gépek rezgésvizsgálata is elvégezhető. Nincs szükség arra, hogy ezeket az önjáró berendezéseket a vizsgálat céljából kivonják a termelésből, mert üzem közben is végrehajtható a mérés. (Dr. Barna Györgyné) Saavedra, P. N.; Salamanca, E. A.: Vibration analysis of mining shovels. = CIM Bulletin, 95. k. 1065. sz. 2002. okt. p. 61–66. Nollet, G.; Prince, D.: Rotating equipment reliability for surface operation. Part I: Vibration analysis for rotating equipment. = CIM Bulletin, 95. k. 1065. sz. 2002. okt. p. 72–77.

EGYÉB IRODALOM Sidentop, M.: Fahrzeug-Hauptuntersuchung – Quo Vadis? (Járművek fővizsgálatai – mi várható a jövőben?) = Technische Überwachung, 44. k. 3. sz. 2003. p. 3–9. Roßmaier, W.: Schadensfall in einer Sondermüllverbrennungsanlage. (Veszélyeshulladékégető berendezések károsodásai.) = Technische Überwachung, 44. k. 3. sz. 2003. p. 15–19. Rho, B-H.; Kim, D-G.; Kim, K-W.: Noise analysis of oil-lubricated journal bearings. (Zajelemzés olajkenésű csúszócsapágyakra.) = Journal of Mechanical Engineering Science, 217. k. C3. sz. 2003. p. 365–371.

Bányászati külfejtés gépi berendezéseinek rezgésvizsgálata Karbantartási program előkészítése

Recommend Documents