Stand didactic pentru monitorizarea condiției mașinilor prin analiza de vibrații

1. Introducere

Să facem un exercițiu de imaginație: vă propuneți o excursie pe munte. Vă pregătiți atent

fiecare detaliu al traseului, vă echipați corespunzător și aduceți toate proviziile necesare. Vă aflați

la baza muntelui. Călătoria decurge excelent, vremea de afară este splendidă, iar cea din interior

e chiar mai bună de atât. Foarte aproape de vârf întâlniți o porțiune periculoasă, acoperită cu

zăpadă, parcurgerea acesteia necesitând acceptarea unor riscuri vitale. Sau poate începe ploaia,

fiind nevoiți să vă catarăți pe stâncă umedă. Ați accepta acest risc ? Dacă da, ați putea rămâne

cu o mană în gips timp de câteva luni, sau ați putea pierde orice șansă de a mai urca vreodată pe

munte. Dacă vă întoarceți, veți rămâne cu un gust amar pană la următoarea revenire. Se spune

ca viața este o călătorie, nu o destinație. Atunci de ce rămânem dezamăgiți dacă nu ajungem la

destinație ? În ce măsura modul în care facem aceste alegeri determină transformarea călătoriei

într-o expediție? Vă provoc sa descoperiți răspunsul ascuns în această lucrare.

Actuala introducere

Datorită dezvoltării tehnicilor de prelucrare a semnalelor, în ultimii 15 ani mentenanța

predictivă a devenit cea mai bună metodă de monitorizare a condiției mașinilor. Strategia este

justificată de costurile reduse ale mentenanței aplicațiilor critice, în care defectarea mașinăriei în

sine, împreuna cu o perioadă neprevazută de inactivitate, conduc la pierderi economice substanțiale.

Mentenanța predictivă se compune din trei etape, anume

• Detecție

• Diagnoză

• Prognoză

iar în această lucrare ne vom concentra pe diagnoză, spectaculoasă prin prisma rezultatelor, utilă

pentru deprinderea unor competente în domeniul prelucrării de semnal și totodată matură în

ceea ce privește cercetările realizate până în prezent. Prin diagnoză vom putea extrage informația

legată de natura și locația unui defect din semnalul măsurat, iar prognoza va oferi o estimare a

timpului util rămas până la înlocuirea rulmentului.

O procedură consacrată în domeniul diagnozei este analiza anvelopei, sau anveloparea,

fiind descrisă în capitolul 3, iar rezultatele acesteia fiind prezentate în capitolul 4.

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE

1.1. Motivație

Tema mi-a fost propusă la finalul stagiului de practica efectuat în 2012 la ASTI Automation,

firma contribuind cu întreaga baza materiala: senzori, placa de achiziții și structura

mecanica.

Am remarcat atunci oportunitatea de a lucra într-un domeniu diferit de cele studiate în facultate,

specific ingineriei mecanice, neavând încă maturitatea automatizărilor industriale. Astfel,

documentarea a fost realizata mai mult din articolele științifice decât din cărți, cele din urma

fiind la rândul lor un mozaic al citărilor și referințelor. Totodată, lucrarea mai presupunea și

cunoștințe bune în domeniul prelucrării de semnale, iar aceasta abordare practica facilita înțelegerea

uneltelor disponibile.

Dacă domnul profesor Dan Ștefănoiu, ale cărui explicații m-au ajutat masiv sa continui

atunci când spectacolul părea încheiat, citește aceste rânduri, atunci i-as putea propune includerea

unei abordări practice similare în cadrul cursului de Prelucrarea Semnalelor. Aproape fiecare

capitol din cuprinsul cursului poate fi exemplificat printr-o lucrare de laborator în analiza de

vibrații.

Atingând și acest aspect, am fost atras și de posibilitatea realizării unei aplicații didactice

pentru diagnoza defectelor, întrucât cine ii învață pe ceilalți mai întâi se învață pe sine.

1.2. Obiective

Obiectivul principal al lucrării este reprezentat de diagnoza defectelor ce pot apărea în

cazul rulmenților. În aceasta lucrare este prezentată o metodă clasică, des utilizată în industrie

datorită acurateții rezultatelor.

Lucrarea își mai propune și realizarea unei aplicații didactice implementate pe un stand

demonstrativ, care sa permită ajustarea cat mai multor elemente ale metodei de analiză. Astfel,

acest ansamblu ar putea fi utilizat cu succes pentru pregătirea studenților și inginerilor în

domeniul monitorizării condiției mașinilor.

1.3. Structura lucrării

În primul capitol este realizata introducerea în domeniul monitorizării condiției mașinilor;

în plus, sunt prezentate obiectivele lucrării și motivația alegerii temei.

Capitolul doi se ocupă de descrierea bazei materiale disponibile, anume standul didactic

produs de firma ASTI, fiind prezentate componentele hardware și uneltele software utilizate.

Capitolul trei pune la dispoziție baza teoretica a diagnozei defectelor rulmenților. Este

analizata metoda anvelopării, dar sunt schițați și pașii pentru pre-condiționarea semnalului.

Capitolele patru și cinci reprezintă rezultatele și concluziile lucrării, combinând cercetarea

cu abordarea didactică.

Ultimul capitol este destinat aspectelor netratate în cadrul tezei, fie din lipsa aprofundărilor

din domeniu, în cazul detecției și prognozei, fie din rațiuni de menținere a lucrării concise și

compacte, în cazul metodelor inteligente de monitorizare. Aceste aspecte rămân deschise în

eventualitatea aprofundării temei în cadrul unei teze de dizertație sau doctorat.

1.4. CONTRIBUȚII

1.4. Contribuții

Dacă algoritmii și modelele din aceasta lucrare au fost urmărite aproape biblic din sursele

citate, contribuțiile personale se reflecta pe următoarele niveluri:

• Realizarea unei aplicații software pentru diagnoza defectelor rulmenților, compactând

într-o singura procedura o serie de algoritmi și tehnici pentru separarea componentelor

din semnalul măsurat și identificarea eventualelor defecte

• Schițarea unui posibil îndrumar de laborator, conținând aplicații didactice efectuate și

descrise în capitolul destinat rezultatelor