Αναγνώριση βλαβών λειτουργίας περιστρεφόμενων εξαρτημάτων μηχανών μετάδοσης κίνησης

Abstract

The aim of this dissertation was the study of the methodology of the investigation of operational failures in rotating components of power transfer machines, targeting at the better utilization of precision maintenance. This study was not only limited to the theoretical analysis of failure investigation, but it was also expanded to its practical application. Towards this end, the dissertation contains a detailed theoretical analysis of the operation of rotating components of power transfer machines. More specifically, it covers the analysis of rolling element bearings (that are the cornerstone of all the power transfer machines) and rotors that are present in all such machines. At the same time, the computer programs developed during this work are presented. These programs were developed aiming at the easier analysis of the operational characteristics of power transfer machines and the better understanding of the results of the methods used to control their condition These programs were used in the dissertation for the analysis of many different types of rotating components, and their results were validated against experimental results from various references and also finite element results. The outcome of this validation was very promising and is a motivation for possible future continuation of this research. This could be in the direction of developing models for more machine elements and operating conditions, and even connection of these models with online machine condition monitoring software. Finally, some enhancements and new ideas developed during the research are presented, dealing mainly with the improvement of the accuracy of the developed models, the more accurate calculation of characteristic frequencies of rolling element bearings, the calculation of their real nonlinear stiffness, and also the best of way for using the developed software for the investigation of operational failures.

Η παρούσα εργασία αποτελεί μία προσπάθεια θεωρητικά τεκμηριωμένης, αλλά και πρακτικά εφαρμόσιμης ανάλυσης και παρουσίασης της μεθοδολογίας της αναγνώρισης βλαβών λειτουργίας των περιστρεφόμενων εξαρτημάτων των μηχανών μετάδοσης κίνησης. Σκοπός είναι η καλύτερη εφαρμογή της συντήρησης ακριβείας, μέσω της σωστότερης μεθοδολογίας αναγνώρισης βλαβών λειτουργίας. Αναπτύσσεται όλο το θεωρητικό υπόβαθρο της ανάλυσης των παραμέτρων λειτουργίας αυτών των εξαρτημάτων, και ειδικότερα των εδράνων κύλισης, τα οποία και αποτελούν τον ακρογωνιαίο λίθο όλων των μηχανών μετάδοσης κίνησης με περιστροφή, καθώς και των ατράκτων, οι οποίες είναι παρούσες σε κάθε μηχανή μετάδοσης κίνησης. Κάτι τέτοιο είναι απαραίτητο για την αναγνώριση μιας βλάβης λειτουργίας και την ανάλυση των αιτίων της. Παράλληλα, δίνεται η περιγραφή των προγραμμάτων ηλεκτρονικού υπολογιστή που αναπτύχθηκαν κατά την διάρκεια αυτής της εργασίας. Τα προγράμματα αυτά αναπτύχθηκαν με σκοπό την ευκολότερη ανάλυση των λειτουργικών χαρακτηριστικών των μηχανών μετάδοσης κίνησης και την καλύτερη κατανόηση των αποτελεσμάτων των μεθόδων ελέγχου της κατάστασής τους. Χρησιμοποιούνται στην παρούσα εργασία για την ανάλυση αρκετών διαφορετικών τύπων περιστρεφόμενων εξαρτημάτων και τα αποτελέσματά τους συγκρίνονται τόσο με πειραματικά αποτελέσματα από την βιβλιογραφία, όσο και με αποτελέσματα πεπερασμένων στοιχείων. Η συμφωνία των παραπάνω αποτελεσμάτων, καθώς και οι επιμέρους επιβεβαιώσεις της ακρίβειας των μοντέλων αναγνώρισης βλαβών που αναπτύχθηκαν, είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά στοιχεία για μία πιθανή μελλοντική συνέχιση και επέκταση αυτής της εργασίας. Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να γίνει στην κατεύθυνση της ανάπτυξης μοντέλων για ακόμα περισσότερα εξαρτήματα και καταστάσεις λειτουργίας ή ακόμα και στην κατεύθυνση της σύνδεσης των μοντέλων αυτών με προγράμματα συνεχούς ελέγχου της κατάστασης μίας μηχανής. Τέλος, παρουσιάζονται κάποιες βελτιώσεις και κάποιες καινούργιες προτάσεις αυτής της εργασίας, σχετικά με την βελτίωση της ακρίβειας των μοντέλων που αναπτύχθηκαν, τον ακριβέστερο υπολογισμό των χαρακτηριστικών συχνοτήτων των εδράνων κύλισης, τον υπολογισμό της πραγματικής μη γραμμικής δυσκαμψίας τους, καθώς και τον ενδεδειγμένο τρόπο χρήσης των προγραμμάτων αυτής της εργασίας για την αναγνώριση βλαβών λειτουργίας.