Monitorowanie drgań, temperatury i dźwięku – podstawy diagnostyki predykcyjnej łożysk

Łożysko rzadko przechodzi od prawidłowej pracy do całkowitej awarii bez żadnych wcześniejszych zmian. Często wcześniej pojawiają się nietypowe drgania, wzrost temperatury albo zmiana dźwięku maszyny. Właśnie te trzy parametry są jednymi z najprostszych punktów wejścia w diagnostykę predykcyjną łożysk. Regularnie wykonywane pomiary pozwalają obserwować stan maszyny podczas pracy i reagować, zanim problem przerodzi się w kosztowny przestój. Według danych przywoływanych w materiałach SKF około 34% przedwczesnych awarii łożysk jest związanych ze zmęczeniem materiału występującym m.in. przy przeciążeniu, niewłaściwym serwisowaniu lub zaniedbaniu.

W artykule wyjaśniamy:

• czym różni się utrzymanie predykcyjne od pracy do awarii i konserwacji zapobiegawczej,
• dlaczego monitorowanie drgań łożysk może dać wczesny sygnał problemu,
• jak wykorzystywać pomiar temperatury łożyska podczas obchodów,
• do czego służy stetoskop elektroniczny,
• jak może wyglądać obchód z pomiarami typu walk-around,
• czym w kontekście urządzeń pomiarowych jest analiza obwiedni przyspieszenia,
• jak połączyć drgania, temperaturę i dźwięk w jeden prosty program condition monitoring,
• jakich wniosków nie należy wyciągać z pojedynczego pomiaru.

Spis treści

1. Czym jest diagnostyka predykcyjna łożysk?
2. Praca do awarii, preventive czy predictive – trzy podejścia do utrzymania ruchu
3. Monitorowanie drgań łożysk – jeden z najwcześniejszych sygnałów zmian
   • Co mogą sygnalizować nietypowe drgania?
   • SKF QuickCollect i obchód z pomiarami
   • Analiza obwiedni przyspieszenia – co warto wiedzieć?
4. Pomiar temperatury łożyska – szukanie zmian i gorących punktów
   • Termometr kontaktowy czy termometr na podczerwień?
5. Dźwięk maszyny – dlaczego warto go monitorować?
   • Stetoskop elektroniczny w diagnostyce maszyn wirujących
6. Jak połączyć drgania, temperaturę i dźwięk w jeden program?
7. Obchód z pomiarami walk-around – jak go zorganizować?
8. Diagnostyka predykcyjna nie polega na jednym pomiarze
9. Drgania, temperatura i dźwięk – jaki parametr i jakie narzędzie?
10. Podsumowanie: trzy proste pomiary mogą dać czas na reakcję

Czym jest diagnostyka predykcyjna łożysk?

Diagnostyka predykcyjna łożysk jest częścią szerszego podejścia określanego jako condition monitoring, czyli monitorowanie stanu maszyny.

Zamiast czekać na awarię lub wymieniać części wyłącznie dlatego, że minął określony czas, obserwuje się rzeczywisty stan urządzenia podczas pracy.

Celem nie jest przewidzenie dokładnej daty awarii.
Znacznie ważniejsze jest odpowiednio wczesne zauważenie, że zachowanie maszyny zaczyna odbiegać od dotychczasowego wzorca.

Może to oznaczać:

• zmianę poziomu drgań,
• nietypowe nagrzewanie,
• nowy lub nasilający się dźwięk.

Jeżeli problem zostanie wychwycony odpowiednio wcześnie, utrzymanie ruchu zyskuje czas na dalszą diagnostykę, przygotowanie części zamiennych i zaplanowanie naprawy podczas dogodnego postoju.

Materiały źródłowe podkreślają, że zaniedbane lub przeciążone łożyska mogą generować sygnały wczesnego ostrzegania, które da się wykrywać przy pomocy urządzeń do monitorowania stanu.

Jeżeli chcesz spojrzeć na temat szerzej – nie tylko przez pryzmat łożysk, ale całych urządzeń – warto przeczytać również artykuł Diagnostyka maszyn przemysłowych – na czym polega?.

Praca do awarii, preventive czy predictive – trzy podejścia do utrzymania ruchu

Najłatwiej zrozumieć sens diagnostyki predykcyjnej, porównując ją z dwoma innymi modelami utrzymania ruchu.

Model run to failure jest prosty – urządzenie pracuje tak długo, aż coś się zepsuje.
Problem zaczyna się wtedy, gdy awaria powoduje zatrzymanie procesu albo prowadzi do kolejnych uszkodzeń.

Podejście preventive jest bardziej uporządkowane. Elementy wymienia się albo remontuje w określonych odstępach, niezależnie od ich faktycznego stanu.
Może to jednak oznaczać niepotrzebne przestoje oraz wymianę komponentów, które nadal nadawałyby się do pracy.

Utrzymanie ruchu predykcyjne próbuje podejmować decyzję na podstawie obserwowanego stanu.
Jeśli parametry pozostają stabilne, maszyna pracuje dalej.
Jeżeli zaczynają się zmieniać, można zaplanować kolejne kroki.

W materiałach SKF podejście predykcyjne przedstawiane jest jako rozwiązanie pozwalające ograniczać łączne koszty utrzymania w porównaniu z pracą do awarii i klasyczną konserwacją zapobiegawczą, choć katalog nie podaje konkretnych wartości liczbowych.

Monitorowanie drgań łożysk – jeden z najwcześniejszych sygnałów zmian

Monitorowanie drgań łożysk jest jednym z najważniejszych elementów diagnostyki maszyn wirujących.

Materiały techniczne wskazują wprost, że nieprawidłowe drgania bywają jednym z pierwszych sygnałów potencjalnego problemu z maszyną.

To nie oznacza jednak, że każdy wzrost drgań świadczy o uszkodzonym łożysku.
Drgania są cechą pracy całego układu mechanicznego.
Zmiana ich charakteru może wynikać z problemu w różnych miejscach.

Co mogą sygnalizować nietypowe drgania?

Wśród możliwych przyczyn materiał wymienia:

• niewyważenie,
• niewspółosiowość,
• luzy elementów,
• uszkodzenia łożysk tocznych,
• problemy z przekładniami.

Dlatego sam pomiar nie odpowiada jeszcze na pytanie:
„co dokładnie jest uszkodzone?”

Daje jednak bardzo ważną informację:
„zachowanie maszyny się zmieniło i warto sprawdzić dlaczego”.

To duża różnica.
W diagnostyce predykcyjnej podstawowym celem nie jest stawianie natychmiastowej diagnozy na podstawie jednej wartości, lecz możliwie wczesne wykrywanie odchylenia od normalnego stanu.

SKF QuickCollect i obchód z pomiarami

Przykładem narzędzia przeznaczonego do tego typu pracy jest SKF QuickCollect.

Jest to przenośny czujnik drgań Bluetooth, który może współpracować z urządzeniami mobilnymi.
Według danych z katalogu umożliwia pomiar:

• prędkości drgań,
• obwiedni przyspieszenia,
• temperatury.

Wyniki mogą być wyświetlane bezpośrednio podczas obchodu, a dane mogą również zostać zapisane i wykorzystane do późniejszej analizy.

To dobrze pokazuje kierunek współczesnego condition monitoring.
Technik nie musi od razu instalować stałego czujnika na każdej maszynie.
Może przeprowadzać regularny obchód z pomiarami – walk-around, przykładając czujnik kolejno do ustalonych punktów.

QuickCollect został opisany właśnie jako narzędzie przeznaczone m.in. do takich tras zbierania danych.
Dodatkową zaletą jest możliwość połączenia informacji o drganiach i temperaturze w jednym urządzeniu.

Analiza obwiedni przyspieszenia – co warto wiedzieć?

W specyfikacji QuickCollect występuje również analiza obwiedni przyspieszenia – acceleration enveloping.

W kontekście tego artykułu trzeba zachować precyzję.
Materiał źródłowy potwierdza, że urządzenie mierzy ten parametr, ale nie wyjaśnia sposobu interpretacji obwiedni ani nie podaje wartości alarmowych.

Nie ma więc podstaw, aby na bazie samego katalogu tworzyć tabelę w rodzaju:
„wartość X oznacza taki rodzaj uszkodzenia”.

W praktyce jest to kolejny parametr dostępny w diagnostyce drganiowej, który może rozszerzać możliwości oceny stanu maszyny.
Dokładna interpretacja wymaga jednak bardziej szczegółowej wiedzy diagnostycznej oraz odniesienia wyników do konkretnej maszyny.

Pomiar temperatury łożyska – szukanie zmian i gorących punktów

Temperatura jest jednym z najstarszych parametrów wykorzystywanych przez operatorów i techników.

Jeżeli element maszyny zaczyna pracować wyraźnie cieplej niż wcześniej, może to być sygnał, że zmieniły się warunki jego pracy.
Pomiar temperatury łożyska pozwala więc przede wszystkim wychwytywać anomalie i lokalizować gorące punkty.
Może być szczególnie przydatny podczas regularnych obchodów.

Technik może wykonywać pomiary tych samych miejsc i obserwować, czy wyniki pozostają stabilne.

Materiały nie podają jednak uniwersalnej temperatury, po której przekroczeniu należy uznać łożysko za uszkodzone.
To ważne, ponieważ temperatura zależy m.in. od konstrukcji maszyny, obciążenia, prędkości, środowiska pracy czy warunków smarowania.
Dlatego znów większe znaczenie ma trend niż pojedynczy odczyt.

Termometr kontaktowy czy termometr na podczerwień?

W podstawowej diagnostyce można stosować dwa podejścia.

Termometr kontaktowy wymaga użycia sondy przyłożonej do badanego miejsca.
Przykładowy SKF TKDT 10 współpracuje z sondami typu K i może pracować w bardzo szerokim zakresie temperatur, zależnie od zastosowanej sondy. Urządzenie umożliwia także wyświetlanie m.in. wartości minimalnej, maksymalnej, średniej oraz różnicy pomiędzy pomiarami.

Drugim rozwiązaniem jest termometr na podczerwień do łożysk i maszyn, czyli pirometr.
Pozwala wykonać pomiar bez bezpośredniego dotykania powierzchni.
To szczególnie praktyczne przy:

• pracujących maszynach,
• miejscach trudno dostępnych,
• elementach, do których nie należy zbliżać dłoni,
• szybkich obchodach dużej liczby urządzeń.

W katalogu występują termometry serii TKTL, oferujące różne zakresy temperatur oraz różne stosunki odległości do wielkości mierzonej plamki.

Najważniejszy wybór nie brzmi jednak „który model jest najlepszy?”.
Powinien brzmieć:
czy w danym punkcie bardziej potrzebuję dokładnego pomiaru kontaktowego, czy szybkiej i bezpiecznej kontroli z odległości?

Dźwięk maszyny – dlaczego warto go monitorować?

Maszyna podczas normalnej pracy ma charakterystyczne brzmienie.
Operatorzy często znają je tak dobrze, że zauważają niewielką zmianę wcześniej, niż pojawi się oczywisty problem.
Nietypowy dźwięk może być zatem użytecznym sygnałem ostrzegawczym.

Jednocześnie zwykły nasłuch ma ograniczenia.
Na hali produkcyjnej pracuje często wiele urządzeń, a hałas tła utrudnia określenie, skąd dokładnie pochodzi nowy dźwięk.
Tutaj przydatny staje się stetoskop elektroniczny.

Stetoskop elektroniczny w diagnostyce maszyn wirujących

Przykładowy SKF TMST 3 został zaprojektowany do lokalizowania źródeł szumów i dźwięków w maszynach.
Urządzenie wyposażono w dwie sondy o długości:

• 70 mm,
• 300 mm.

Pozwala to dotrzeć do różnych miejsc urządzenia.
Pasmo pracy wynosi 30 Hz–15 kHz, a regulacja głośności oferuje 32 poziomy.
W zestawie znajdują się również nagrania typowych dźwięków usterek, przeznaczone do porównań.

Trzeba jednak podkreślić ograniczenie źródła.
Katalog nie opisuje szczegółowo:

• jak brzmi uszkodzona bieżnia,
• jaki dźwięk odpowiada konkretnemu uszkodzeniu elementu tocznego,
• przy jakiej częstotliwości można postawić określoną diagnozę.

Dlatego stetoskop powinien być traktowany przede wszystkim jako narzędzie pomagające wykryć zmianę i zlokalizować jej źródło.
Dokładna diagnoza może wymagać kolejnych pomiarów.

Jak połączyć drgania, temperaturę i dźwięk w jeden program?

Największą wartość daje nie pojedynczy przyrząd, ale systematyczne łączenie kilku obserwacji.
Można przyjąć prosty model:
drgania + temperatura + dźwięk = podstawowy obraz zmian zachodzących w maszynie.

Każdy parametr pokazuje nieco inny aspekt.

Najważniejsze jest to, aby nie analizować tych informacji w całkowitym oderwaniu od siebie.

Jeżeli podczas kolejnych obchodów równocześnie:

• rosną drgania,
• pojawia się nietypowe nagrzewanie,
• operator zgłasza nowy dźwięk,

mamy znacznie silniejszy sygnał do dalszej kontroli niż przy pojedynczym nietypowym odczycie.

Nie oznacza to jeszcze automatycznie awarii łożyska.
Oznacza natomiast, że maszyna zaczęła zachowywać się inaczej.

Obchód z pomiarami walk-around – jak go zorganizować?

Katalog opisuje narzędzia do obchodów, ale nie zawiera kompletnej instrukcji budowy programu.
Można jednak na jego podstawie stworzyć prosty model organizacyjny.

1. Wybierz maszyny krytyczne
   Nie trzeba rozpoczynać od całego zakładu. Najpierw warto objąć monitoringiem urządzenia, których awaria powoduje największy problem produkcyjny.
2. Ustal stałe punkty pomiarowe
   Drgania i temperatura powinny być mierzone możliwie w tych samych miejscach. Dzięki temu kolejne wartości są bardziej porównywalne.
3. Zachowuj podobne warunki pomiaru
   Jeśli jeden pomiar wykonywany jest przy pełnym obciążeniu, a drugi podczas pracy jałowej, sama różnica wyniku może wynikać ze zmiany warunków. Dlatego powtarzalność ma duże znaczenie.
4. Zapisuj wyniki
   To jeden z najważniejszych elementów. Pojedynczy pomiar często niewiele mówi. Seria wyników jest znacznie bardziej wartościowa. Właśnie dlatego podstawą programu predykcyjnego jest trendowanie, czyli obserwowanie zmian w czasie.
5. Dodaj obserwacje operatora
   Operator może zauważyć zmianę hałasu albo zachowania urządzenia pomiędzy zaplanowanymi pomiarami. W podejściu Operator Driven Reliability jest to bardzo wartościowe źródło informacji.
6. Po wykryciu zmiany przejdź do kolejnego poziomu
   Jeżeli trend zaczyna być niepokojący, warto sprawdzić również inne możliwe źródła problemu, np.: smarowanie, niewspółosiowość, luzy, niewyważenie, przekładnie i elementy napędowe.
   W razie potrzeby podstawowe pomiary mogą zostać uzupełnione bardziej zaawansowaną diagnostyką.

Diagnostyka predykcyjna nie polega na jednym pomiarze

To prawdopodobnie najważniejsza zasada całego artykułu.

Diagnostyka predykcyjna łożysk nie polega na znalezieniu jednej magicznej wartości, która mówi: „łożysko jest uszkodzone”.

Pojedynczy pomiar temperatury może być wyższy przez zmianę obciążenia.
Drgania mogą wzrosnąć z powodu niewyważenia albo niewspółosiowości.
Nietypowy dźwięk może pochodzić z innego elementu maszyny.

Dlatego liczy się:
punkt odniesienia + regularność + trend + porównanie kilku parametrów.

Materiał źródłowy nie podaje:

• progów alarmowych temperatury łożysk,
• uniwersalnych wartości drgań dla poszczególnych uszkodzeń,
• sposobu interpretacji widma drgań,
• szczegółowych zasad interpretacji obwiedni,
• konkretnych dźwięków przypisanych poszczególnym wadom łożyska.

Nie ma więc podstaw, aby na jego bazie tworzyć uproszczone reguły typu „X°C oznacza awarię” albo „taki dźwięk zawsze oznacza uszkodzenie bieżni”.

Podstawowe condition monitoring odpowiada przede wszystkim na pytanie:
czy stan maszyny zaczyna się zmieniać?

Dopiero kolejnym etapem jest ustalenie przyczyny.

Drgania, temperatura i dźwięk – jaki parametr i jakie narzędzie?

Nie trzeba od razu budować skomplikowanego systemu diagnostycznego.

W niektórych zakładach pierwszym krokiem może być:

• pirometr,
• stetoskop,
• przenośny czujnik drgań,
• dobrze przygotowana trasa obchodów.

Jeżeli potrzebujesz narzędzi do obsługi, kontroli i prac serwisowych przy łożyskach, sprawdź także kategorię Narzędzia do obsługi łożysk w sklepie e-marat.pl.

Podsumowanie: trzy proste pomiary mogą dać czas na reakcję

Diagnostyka predykcyjna łożysk ma przede wszystkim zwiększyć czas pomiędzy pierwszym sygnałem rozwijającego się problemu a momentem, w którym awaria zatrzyma maszynę.

Trzy podstawowe parametry dają dobry punkt wyjścia:
drgania → temperatura → dźwięk.

Nieprawidłowe drgania mogą być jednym z pierwszych sygnałów zmian w maszynie.
Nietypowa temperatura pomaga znaleźć gorące punkty.
Zmiana dźwięku może zwrócić uwagę na element wymagający dokładniejszej kontroli.

Największą wartość daje jednak dopiero regularne wykonywanie pomiarów.

Dlatego zamiast mierzyć maszynę tylko wtedy, gdy „coś już jest nie tak”, lepiej stworzyć powtarzalny obchód z pomiarami walk-around, zapisywać wyniki i obserwować trend.

Wtedy condition monitoring przestaje być doraźnym sprawdzaniem urządzenia, a zaczyna pełnić właściwą rolę: staje się systemem wczesnego ostrzegania, który pozwala utrzymaniu ruchu reagować na rozwijający się problem, zanim zrobi to sama awaria.