1. Inleiding
Bij een van de zware technische bedrijven in Oekraïne werden tijdens gepland onderhoud van de hoofdaandrijving van de technologische lijn een ongebruikelijk hoogfrequent geluid en verhoogde trillingen van de versnellingsbak geregistreerd. Inspectie van de interne oppervlakken met behulp van een endoscoop bracht lokale vernietiging van de werkoppervlakken van het tandwiel en de wieltanden aan het licht. De belangrijkste reden voor het stopzetten van de apparatuur was progressieve putcorrosie (puntcorrosie) met daaropvolgende overgang naar afbrokkeling. De gemiddelde tijd tot falen (MTBF) voor deze eenheid zou 45.000 uur bedragen, maar de noodsituatie deed zich voor na slechts 14.200 bedrijfsuren. Dit vereiste een diepgaand forensisch onderzoek om de hoofdoorzaken vast te stellen in overeenstemming met ISO 10816 standaardvereisten en foutanalysetechnieken.
2. Overzicht van het onderdeel
De onderzochte eenheid is een uiterst nauwkeurige gaasversnellingsbak waarbij het belangrijkste koppeloverbrengingselement een onderdeel is met het artikelnummer FIBRO 2480.022.10000. Dit knooppunt werkt onder omstandigheden van hoge cyclische belastingen en zorgt voor krachtoverbrenging binnen de kinematische keten van een werktuigmachine of verwerkingscomplex.
- Nominaal koppel: tot 2400 Nm
- Bedrijfstemperatuur van smeermiddel: 65 °C – 85 °C (limiet 95 °C)
- Materiaal tandwiel: Gelegeerd gecementeerd staal 18KHT (of analoog 18CrNiMo7-6 volgens EN 10084), oppervlaktehardheid 58-62 HRC, gecementeerde laagdiepte 1,2-1,6 mm.
- Rotatiesnelheid: 1500 tpm (ingaande as)
Het onderdeel bevindt zich in een hermetische gietijzeren behuizing met een cartersmeersysteem. In de werkomgeving wordt gebruik gemaakt van synthetische tandwielolie klasse ISO VG 220 op basis van polyalfaolefinen (PAO) met anti-seize additieven (EP).
3. Bewijs van weigering
Een visuele inspectie toont een klassiek patroon van oppervlaktevermoeidheid. In de gebieden van de poollijn en onder de tandstengel worden talrijke kleine putjes (pitting) met een diameter van 0,5 tot 2,0 mm en een diepte tot 0,8 mm waargenomen. Aan de belaste zijde van de tanden van het FIBRO 2480.022.10000-onderdeel werd de versmelting van deze granaten tot massieve spatzones gevonden.
| Meetparameter | Normatieve waarde (ISO / DIN) | De werkelijke waarde van het object |
|---|---|---|
| Trillingen (snelheidsbereik) | < 2,8 mm/s (ISO 10816-3) | 7,4 mm/s (betrokkenheidsfrequenties hebben voorrang) |
| Zuiverheidsklasse van olie | ISO 4406: 14-16-11 | ISO 4406: 20/18/15 (hoge deeltjesvervuiling) |
| Viscositeit van de olie bij 40 °C | 220 mm²/s ± 10% | 185 mm²/s (vernietiging van verdikkingsmiddel en afschuiving) |
| Contactvlekken op de tand | > 70% in lengte en hoogte | < 35% (randcontact aan één zijde) |
4. Onderzoek naar de grondoorzaken
Om de reeks gebeurtenissen te bepalen die hebben geleid tot het voortijdig falen van FIBRO 2480.022.10000, werd de 5 Whys-methode toegepast in combinatie met het Ishikawa-diagram, waarbij de nadruk lag op vier hoofdfactoren: smering, geometrie/uitlijning, materialen en gebruiksomgeving.
- Waarom ontstonden er putjes en chipping? Vanwege de overmatige contactspanningen op het tandoppervlak die de limiet van het contactduurzaamheidsvermogen van het materiaal overschrijden.
- Waarom trad er overmatige contactspanning op? Vanwege de ongelijke verdeling van de belasting over de lengte van de tand (randcontact).
- Waarom was de belasting ongelijk verdeeld? Vanwege de hoekafwijking van de assen (asafwijking) binnen 0,15 mm per 100 mm lengte.
- Waarom is de scheefstand van de assen ontstaan? Als gevolg van thermische vervormingen van de fundering en onvoldoende centreernauwkeurigheid tijdens installatie na eerdere reparaties.
- Welke rol speelde smering? De viscositeit van de werkvloeistof daalde tot onder het kritische minimum als gevolg van lokale oververhitting, waardoor het onmogelijk werd een oliefilm te creëren met de minimale dikte ($h_{min} > \sigma_1 + \sigma_2$) vereist door de ISO 281 en AGMA 9005-E02-normen.
5. Geïdentificeerde grondoorzaken
Volgens de resultaten van de uitgebreide analyse zijn drie belangrijke redenen geïdentificeerd met een verschillende waarschijnlijkheid om bij te dragen aan het ongeval:
- Hoekafwijking en randcontact (waarschijnlijkheid: 50%): Bevestigd door kleuringsmethode en contactpuntanalyse. De belasting concentreerde zich op de rand van de tand, waar de spanningen de berekende spanning 2,3 keer overschreden.
- Afbraak en vervuiling van smeermiddelen (waarschijnlijkheid: 30%): Analyse van oliemonsters toonde de aanwezigheid aan van slijtageproducten (gietijzer en staalstof) en verminderde hydrodynamische filmdikte ($EHD$), waardoor metaal ruw in contact kwam.
- Inconsistentie van de installatieparameters (waarschijnlijkheid: 20%): Afwijking van de toleranties van de loodrechtheid van de zittingen van de lagersteunen tijdens de montage van de constructie.
6. Corrigerende acties
Er is een complex van onmiddellijke en langetermijnmaatregelen ontwikkeld om de geïdentificeerde defecten te elimineren en herhaalde ongevallen te voorkomen:
Let op: Het gebruik van apparatuur met trillingen van meer dan 7,0 mm/s is verboden volgens de regels voor industriële veiligheid van Oekraïne (NPAOP 0.00-1.81-18). Het beschadigde onderdeel moet onmiddellijk worden vervangen.
- Dringende reparatie: Demontage van de versnellingsbak, volledige wasbeurt van de behuizing, vervanging van het beschadigde tandelement door een origineel onderdeel uit de UNITEC-D-catalogus met naleving van de toleranties volgens DIN 3962 (nauwkeurigheidsniveau niet lager dan 6).
- Uitlijning en afstelling: Laseruitlijning van assen met inachtneming van de tolerantie van asparallelliteit $\le 0,02$ mm en hoekafwijking $\le 0,05$ mm/m.
- Optimalisatie van de smering: Overschakeling op hoogwaardige synthetische olie ISO VG 220 met een verbeterd EP-additievenpakket en installatie van een tweetraps ademluchtfiltratiesysteem (zuiverheidsklasse niet slechter dan ISO 4406 15/17/12).
7. Snelle diagnosekaart voor technici
Deze checklisttabel is bedoeld voor veldingenieurs en kan direct in de winkel worden gebruikt met behulp van een tablet:
- Visuele inspectie van het carter: Controleer op lekkages, beoordeel het oliepeil en de kleur via het inspectievenster.
- Trillingsmeting: Voer metingen uit op lagersteunen in drie onderling loodrechte richtingen ($V_{RMS}$).
- Thermometrie: meet de lichaamstemperatuur in de contactzone met een pyrometer (normaal tot 85 °C).
- Frequentiespectrumanalyse: Zoek naar harmonischen van de tandingrijpingsfrequentie ($GMF$) en zijbanden van de rotatiefrequentie.
- Oliemonsters: Neem een monster uit het laagste punt van de afvoer voor laboratoriumanalyse op de aanwezigheid van ferromagnetische deeltjes ($Fe$ > 100 ppm - alarm).
- Ontluchtingscontrole: Reinig of vervang de luchtfilter-ontluchter tegen stofophoping.
- Aanhaalcontrole bouten: Controleer de aanhaalmomenten van de bevestigingsbouten van de versnellingsbak op het frame volgens het technische gegevensblad.
- Endoscopie inschakelen: Inspecteer ten minste vier tanden rond de omtrek op microscheurtjes, putjes of schilfers.
8. Preventiestrategie
Om de ononderbroken werking van industriële apparatuur bij Oekraïense bedrijven te garanderen, is het noodzakelijk om de volgende onderhoudsstrategie te implementeren:
- Conditiemonitoring (PdM): Installatie van stationaire trillingssensoren en continue monitoring van de spectrale analyse van de versnelling van schokpulsen ($ schok\pulsen $).
- Smeermiddelregulering: Laboratoriumanalyse van smeermiddel elke 2000 bedrijfsuren of eens per 6 maanden. Volledig synthetische olie verversen elke 8000-10.000 uur.
- Centreringsaudit: Geplande uitlijningscontrole van de actuator, elke 12 maanden na voltooiing van de cyclus van seizoensgebonden temperatuurschommelingen in de werkplaats.
9. Conclusie
Voortijdig falen van tandwielen als gevolg van putjes en chippen is altijd een gevolg van het complexe effect van mechanische afwijkingen (verkeerde uitlijning) en verslechtering van de smeringscondities. Strikte naleving van de installatievoorschriften, regelmatige trillingscontrole en het gebruik van gecertificeerde reserveonderdelen maken het mogelijk om noodstops te vermijden en de ontwerphulpmiddelen van de apparatuur te bereiken. Een selectie hoogwaardige vervangingsonderdelen is beschikbaar in de UNITEC-D E-Catalog.
10. Koppelingen
- ISO 10816-3: Mechanische trillingen — Evaluatie van machinetrillingen door metingen aan niet-roterende onderdelen.
- ISO 281: Wentellagers — Dynamische belastingswaarden en nominale levensduur.
- DIN 3962: Toleranties voor cilindrische tandwieltanden.
- AGMA 9005-E02: Industriële tandwielsmering.
- EN 10084: Gehard staal — Technische leveringsvoorwaarden.
