1. Inleiding
Op een van de zwaar industriële fabrieken in Oekraïne is een noodstop van de hoofdtransmissie van de productielijn vastgesteld. De symptomen van het falen omvatten een scherp metaalgerinkel in de krachtoverbrengingszone, een snel stijging van de temperatuur van het aansluitingsknooppunt tot 85 °C en het activeren van de overbelastingbescherming van de frequentieomvormer. De geplande betrouwbaarheidstijd tot falen (MTBF) voor dit knooppunt bedraagt 45 000 uren, terwijl de werktijd tot de noodstop slechts 6 200 uren bedroeg. Dit vereiste een onmiddellijke ingenieursonderzoek om de oorzaak te bepalen en herhalingen van dergelijke noodstoppen te voorkomen binnen de industriële betrouwbaarheidsnormen.
2. Overzicht van de component en exploitatievoorwaarden
Muftverbindingen en bijbehorende besturingselementen werken in kritische kinematische ketens. In directe nabijheid van de aandrijving zijn pneumatische uitvoerende elementen voor positiebeheer betrokken, met name cilinders van de serie Festo ADV-20-10-I-P, die een nauwkeurig lineair verschuiven en vastzetten van de technische uitrusting met een werkdruk tot 10 bar garanderen.
Bedrijfsomstandigheden van het onderdeel:
- Werkingstemperatuur van het omgevingsmedium: van -10 °C tot +45 °C.
- Maximaal moment: 320 N·m (nominaal — 210 N·m).
- Скорость обертання: 1450 об/хв.
- Toegestane axiaal verschuiving: ±1,5 mm; radiaal verschuiving: tot 0,2 mm; hoekverschuiving: tot 1°.
Volgens de normen ISO 21940-11 en DSTU GOST ISO 10816-3 mag de vibratiestatus van vergelijkbare apparaten niet meer dan 2,8 mm/s zijn in het frequentiebereik van 10 tot 1000 Hz.
3. Bewijs van falen
Tijdens het ontwijken van het onderdeel noteerde de mobiele ingenieursgroep de volgende gegevens:
- Visueel onderzoek: Op de oppervlakte van de elastische elementen en halfkoppelingen zijn sporen van frettingcorrosie waargenomen, evenals diepe vermoeiingskruisen langs de as van de kegelspeldraad op de draadstang.
- Meetgeometrie: Lasercentring van de as van de elektrische motor en de reductor toonde een radiale afwijking van 0,65 mm en een hoekafwijking van 1,8°, wat drie keer de fabrieksgewijze toleransen overschrijdt.
- Vibratie-monitoringgegevens: Een abnormaal stijgende piek op de draaitoerental frequentie (1x) en de tweede harmonische (2x), evenals hoge frequentie componenten in het bereik van 2,5–5 kHz, wijst op impactbelastingen van koppelingsschakelingen.
4. Systeematisch onderzoek naar de oorzaak
Voor het bepalen van de keten gebeurtenissen die leidden tot het beschadigen, is de methode van de Ishikawa-diagram (Ishikawa diagram) en de 5 Whys-analyse toegepast.
- Waarom is de koppeling uitgevallen? Door het beschadigen van de momentoverbrengende elementen als gevolg van een cyclische vermoeiingsbreuk.
- Waarom zijn de vermoeiingsspanningen boven de sterktegrens ontstaan? Door aanzienlijke vervorming van de assen tijdens het gebruik.
- Waarom is er een vervorming ontstaan? De fundamentbulten van de reductor zijn door trillingen verzwakt.
- Waarom zijn de bouten losgeraakt? Tijdens de vorige montage zijn de momenten van vastzetten niet volgens de norm ISO 898-1.
- Waarom werd de momentwaarde niet gecontroleerd? Op het bedrijf was geen geldige kalibratiegrafiek aanwezig voor het controleren van de trekkracht van de schroefverbindingen met behulp van kalibreerd dynamometrisch gereedschap.
5. Gedefinieerde oorzaak(en)
| Oorzaak | Kans (%) | Bewijsbare basis |
|---|---|---|
| Onjuiste centring van assen (Hoek/Radius) | 45% | Gegevens lasercentring (verschuiving 0,65 mm in plaats van 0,2 mm max) |
| Cyclisch overbelasting door koppelmoment | 30% | Plastische vervormingssporen op de sleutels, stroomverbruiksgrafieken van de motor |
| Fouten bij montage en afwezigheid van spanningstoetsing | 25% | Verzwakte bevestigingsbouten van de reductor, afwezigheid van controlemomentmerken |
6. Correctieve en preventieve maatregelen
Voor het oplossen van de gevonden defecten is een tweestapsplan opgesteld:
- Directe verwijdering (Operatieve reparatie): Demontage van de beschadigde koppeling. Uitvoeren van exacte lasercentring van apparaten volgens ISO 5406 met een toegestaan straalafwijking minder dan 0,05 mm. Vervanging van bevestigingsonderdelen met krachtklasse 10,9 met een dynamometrische sleutel. Vervanging van slijtende pneumatische besturingscomponenten, met name cilinders Festo ADV-20-10-I-P die werken in een enkel technologisch cyclus.
- Langdurige preventie: Invoering van regelmatige vibratiecontrole elke 720 uren werken. Opleiding van personeel in de werkwijzen voor het gebruik van het justerend uitrustings volgens de eisen EN 13306.
7. Express-diagnostische kaart voor ingenieurs op de productie
Deze tabel moet worden gebruikt tijdens de weeklijks inspecties met een tablet direct in de zaal:
- [ ] Temperatuurcontrole: Meet de temperatuur van de buis van de koppeling met een pyrometer (norm: tot +50 °C; waarschuwing: > +70 °C).
- [ ] Visueel onderzoek van de elastomeer: Zoch naar scheuren, afbladdering van rubber of het ontstaan van rubberstofpil onder de beschermende verpakking.
- [ ] Controle van bevestiging: Controleer de spanning indicators op de ondersteunende frame van de reductor en de motor.
- [ ] Vibratieanalyse: Spectra van vibratie opnemen in axiaal en radiaal richting op de lagerschermen.
- [ ] Pneumatische netwerk: Controleer de drukstabiliteit (9-10 bar) op de ingang van de besturingspneumatische cilinders Festo ADV-20-10-I-P.
- [ ] Integriteit van bescherming: Controleer op het ontbreken van speling in de sleutelverbindingen bij omkering van de aandrijving.
8. Strategie voor het voorkomen van falen
Betrouwbaarheid van mechanische overbrengingen wordt bereikt via een geïntegreerd aanpak van technisch onderhoud (RCM). Het wordt aanbevolen om de volgende onderhoudsintervallen in te stellen:
- Maand: Controle van centrumgebruik met lasers bij eerste tekenen van geluid.
- Schockkwartal: Volledige inspectie en smering van bewegende aansluitingen, inspectie van de seals.
- Jaarlijks: Niet-destructieve inspectie (magnetopuwderinspectie) van assen op het voorkomen van vermoeiingskraaien in de buurt van de couplerpassen.
9. Conclusie
De analyse toonde aan dat het vroegtijdig verslechtering van de koppeling wordt veroorzaakt door het samenwerkingsverlies van de asverplaatsing en het verzwakken van de grondconstructie bouten. Het naleven van de montagestandaarden en de diagnostische procedure voorkomt productie-achterstanden. Voor het kiezen van originele vervangende onderdelen en het snelle herstellen van onderdelen bezoek dan UNITEC-D E-Catalog.
10. Normatieve basis en verwijzingen
- ISO 21940-11: Mechanische trillingen — Rotorbalanseren.
- DSTU GOST ISO 10816-3: Vibration. Beoordeling van machinevibraties op basis van metingen op niet-rotatieonderdelen.
- ISO 898-1: Mechanische eigenschappen van bevestigingsmiddelen gemaakt van koolstalen en legieringsstalen.
- EN 13306: Onderhoud — Onderhoudstermien.
- ISO 5406: Rotoren — Richtlijnen voor het balanceren van zware industriële aandrijvingen.
