Inleiding: noodstopsymptomen
Tijdens een routine-inspectie van de roerderaandrijving op de chemische menglijn werd een kritische speling geregistreerd op de uitgaande as van de reductor. De geluidsbegeleiding van de werking van het mechanisme veranderde in een metaalachtige klop met een frequentie die correleert met de rotatie van de as (1450 tpm). Thermografische controle liet een lokale temperatuurstijging zien in het gebied van de as-naafverbinding tot 85 °C bij een nominale waarde van 45 °C. Demontage van het geheel bracht een volledige afschuiving van de prismatische spie en aanzienlijke schadelijke slijtage van de spiebaan van de as aan het licht. Als aandrijving werd een elektromotor met opstartcontroleapparatuur gebruikt, met name schakelaars en interfacerelais van het type Telemecanique KXA 04PM42, die voor omkeerbare cyclische belastingen zorgden.
Componentenoverzicht en bedrijfsomstandigheden
De spieverbinding is ontworpen om koppel over te brengen van de as naar de naaf van de waaier of poelie door vast te klemmen in de groeven van de as en het onderdeel dat wordt geïnstalleerd. De aansluiting bevindt zich op de hogesnelheids-/tussenas van de versnellingsbak met een nominaal koppel van 320 Nm.
Parameters voor de werkomgeving
- Bedrijfstemperatuur: van -10 °C tot +65 °C (rekening houdend met de verwarming van de motor).
- Cycliciteit van belasting: omkeerbare modus, tot 120 activeringen per uur.
- Asmateriaal: staal 40X (DSTU 4543 / EN 1.7045), hardheid 28-32 HRC.
- Belangrijkste materiaal: staal 45 (DSTU 1050 / EN 1.0503), tijdelijke breeksterkte $\sigma_v = 600$ MPa.
Bewijs van falen (inspectie en meting)
Een visuele en instrumentele inspectie van de defecte eenheid leverde de volgende gegevens op:
- De sleutel is verdeeld in twee delen in de dwarsdoorsnede langs de snijlijn, sporen van vermoeiingsfalen zijn duidelijk zichtbaar op het breukoppervlak: een zone met ontwikkelde vermoeiingsscheuren (strand) en een zone van uiteindelijk snel falen (ongeveer 30% van het gebied).
- Micrometermeting van de asdiameter in het zitgedeelte toonde een ovaliteit van 0,04 mm met een toegestane afwijking van 0,012 mm (volgens ISO 286).
- De fineergroef van de schacht is in de breedte gedeeld: de nominale maat van 12 mm is vergroot naar 12,35 mm.
- Trillingsanalyse vóór de storing registreerde een toename van de piektrillingssnelheid in het bereik van 1X en 2X rotatiefrequenties tot 7,8 mm/s (overeenkomend met ISO 10816-3, status "Bewerking verboden").
Onderzoek naar de oorzaak
Om de keten van gebeurtenissen die tot het ongeval hebben geleid te bepalen, is gebruik gemaakt van de Fault Tree Analysis en de 5 Whys-analyse.
Analyseketen 5 Waarom:
1. Waarom werd de sleutel afgesneden? — Door overbelasting door schuifkrachten.
2. Waarom overtroffen de inspanningen de geschatte? — Impactbelastingen traden op als gevolg van speling in de verbinding.
3. Waarom verscheen de reactie? — De passing van de naaf op de as had een te grote opening in plaats van de gegarandeerde spanning (passing met een H7/h6-opening in plaats van een overgangs-P7/h6).
4. Waarom werd de verkeerde pasvorm gebruikt? — Bewerkingstoleranties tijdens de voorbereidende reparatie werden niet in acht genomen en de vereisten van de ISO 286.
5-norm werden genegeerd. Waarom werd het niet op tijd ontdekt? — Er was sprake van het achterwege laten van de regelmatige controle van de bevestigingstoestand en het meten van trillingen.
Geïdentificeerde hoofdoorzaken (gerangschikte lijst)
| № | De grondoorzaak | Waarschijnlijkheid (%) | Bewijs en redenering |
|---|---|---|---|
| 1 | Inconsistentie van landingstoleranties (vrije opening in de verbinding) | 55 | Microscopische analyse van het oppervlak van de groef bracht micro-impactsporen (fretting-corrosie) aan het licht, die een gevolg zijn van axiale en hoekige microverplaatsing van de onderdelen. |
| 2 | Cyclische vermoeidheidsvermoeidheid van het belangrijkste materiaal | 25 | Een macro-opname van het breukoppervlak toont vermoeiingslijnen. Omkeerbare start via Telemecanique KXA 04PM42-contactors creëerden wisselende belastingen boven de uithoudingsvermogenslimiet. |
| 3 | Onvoldoende lengte van de toets of verzwakt gedeelte | 15 | Berekening van kreukel- en schuifkracht volgens DSTU 23360 (ISO 773) toonde een overmaat aan contactspanningen aan van 35%. |
| 4 | Sleutelmateriaal van lage kwaliteit (namaak) | 5 | Spectrale analyse liet een afwijking zien in het koolstofgehalte van het belangrijkste staal (0,32% in plaats van 0,45%), waardoor de vloeigrens daalde. |
Corrigerende en preventieve acties
- Onmiddellijke reparatie (korte termijn): Vervaardiging van een nieuwe schacht met herstel van de geometrie van de nek tot nauwkeurigheidsklasse h6. Productie van een nieuwe prismatische sleutel uit 40X staal (hittebehandeld tot 35-40 HRC volgens EN 10083-3). Toepassing van overgangslanding volgens ISO 286-1.
- Langetermijnpreventie (lange termijn): Overgang naar sleutelloze verbindingen (verbindingsbussen van het Ringfeder-type) voor knooppunten met omkeerbare werkingsmodi. Implementatie van constante monitoring van trillingen en thermische toestand van lagerassemblages en aslijnen.
Snelle diagnostische checklist voor technisch personeel
Deze checklist is bedoeld voor gebruik op een tablet direct in de werkplaats tijdens het maandelijkse onderhoud (Onderhoud & Betrouwbaarheid):
- Controleer de staat van de lak en tekenen van roest (rood stof) rond de naaf (een teken van roestvorming).
- Meet de radiale slingering van de as met behulp van een horloge-type indicator (tolerantie niet meer dan 0,03 mm).
- Trillingscontrole van de versnellingsbakbehuizing uitvoeren (spectrale analyse bij scheef- en onbalansfrequenties).
- Controleer de temperatuur van het geheel met een contactloze pyrometer (alarmdrempel: >60 °C).
- Controleer het aanhaalmoment van de borgschroeven en de axiale bevestiging (indien axiale ringen worden gebruikt).
- Inspecteer de staat van de schakelapparatuur, inclusief de stroomcircuits en de besturing van de Telemecanique KXA 04PM42-aandrijving, op de afwezigheid van fasevervormingen.
- Zorg ervoor dat er geen ongebruikelijke geluiden en bromgeluiden optreden bij het starten en stoppen van de apparatuur.
- Leg meetresultaten vast in het digitale onderhoudslogboek (CMMS).
Strategie om mislukkingen te voorkomen
Om de MTBF-betrouwbaarheidsdoelstelling van meer dan 25.000 uur te bereiken, moeten de volgende voorschriften worden gevolgd:
- Interval voor het controleren van aanhaalmomenten en speling: elke 1.000 bedrijfsuren.
- Frequentie van vibrodiagnose: maandelijks.
- Naleving van installatienormen: ISO 286 (fitting), DSTU 23360 (prismatische sleutels).
- Gebruik van uitsluitend gecertificeerde reserveonderdelen en transmissie-elementen. Een compleet assortiment standaardreparatie- en retrofitcomponenten is beschikbaar via de UNITEC-D E-Catalog.
Conclusie
Uit de analyse bleek dat de hoofdoorzaak van het falen van de fineerverbinding een complex van factoren is: inconsistentie van landingstoleranties tijdens de vorige reparatie, die een vrije opening en microschokken veroorzaakte, evenals cyclische belastingen door de werking van de elektrische aandrijving. Strikte naleving van de toleranties van ISO 286, het gebruik van hoogwaardig gelegeerd staal en regelmatige trillingsmonitoring elimineren volledig het risico van herhaalde noodstops bij Oekraïense productiebedrijven. Gebruik de UNITEC-D E-Catalog om compatibele componenten te selecteren en hoogwaardige reserveonderdelen te bestellen.
Referentielijst
- DSTU 23360-78 (ISO 773-69) Spieverbindingen met prismatische sleutels. Afmetingen.
- ISO 286-1:2010 Geometrische productspecificaties (GPS) - ISO-codesysteem voor toleranties op lineaire maten.
- DSTU EN 10083-3:2019 Staalsoorten voor harden en ontlaten. Deel 3: Gelegeerde staalsoorten.
- ISO 10816-3:2009 Mechanische trillingen - Evaluatie van machinetrillingen door metingen aan niet-roterende onderdelen.
- Handboek over de betrouwbaarheid van machines en mechanismen van industriële apparatuur, red. Prof. M.I. Kovalya, Kiev, 2021.
