Time varying outer load and speed estimation by vibration analysis - application to planetary gearbox diagnosis in a mining bucket wheel excavator

• Autorzy: Zimroz R. , Combet F.

Warianty tytułu

PL

Estymacja zmiennego obciążenia i prędkości obrotowej na podstawie analizy sygnałów drganiowych na potrzeby diagnostyki przekładni planetarnej w układzie napędowym koła czerpakowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper we attempt to retrieve information about the time varying load/speed condition of a planetary gearbox used in mining excavator system from the vibration measurement. We first define the Instantaneous Power (IP) of the signal, which reflects the global amplitude modulation. For the Instantaneous Speed (IS) an original approach is proposed based on the estimation of a local time-scaling factor, which is well adapted to systems submitted to higher speed variations. Both approaches are applied to two gearboxes, one being in a presumably faulty condition and a new one after replacement. The study of the IS showed that, contrary to the new gearbox, the higher frequency speed variation is highly dependent on the load for the used gearbox, thus indicating a backlash due to wear in the gear/bearing mechanism. Our results also show that IS estimation technique is more reliable than IP approach for outer load estimation. We conclude that while a fault could be detected from the strong amplitude modulation at the arm frequency observed for the used gearbox, the study of the instantaneous speed and outer load variation helped us to refine the diagnosis of this fault.

PL

W artykule przedstawiono metody przetwarzania sygnału drganiowego w celu ekstrakcji informacji o zmienności obciążenia zewnętrznego w przekładni planetarnej w układzie napędowym koła czerpakowego. Zastosowane metody to analiza mocy chwilowej i analiza chwilowej prędkości. Ze względu na duży zakres zmienności obciążeń metoda proponowana przez Bonnardot'a nie może być zastosowana, zatem zaproponowano nowy algorytm wyznaczania prędkości chwilowej. Przeanalizowano dwie przekładnie: w złym stanie technicznym oraz nową, po wymianie uszkodzonej. Wyniki analizy prędkości chwilowej dla przekładni nowej pokazują: niewielką amplitudę i małą zmienność dla częstotliwości drugiej harmonicznej jarzma, dla przekładni uszkodzonej składowe silnie zależą od chwilowej wartości obciążenia, co wskazuje na przekroczoną wartość luzu w przekładni/łożyskach. Wykazano zalety wynikające z analizy chwilowej prędkości w porównaniu do chwilowej mocy. Zauważono również, że o ile nieprawidłową pracę jarzma można wykryć przy użyciu analizy modulacji AM to zastosowanie dodatkowo analizy chwilowej prędkości może zwiększyć wiarygodność diagnozy.

Słowa kluczowe

EN

planetary gearbox; diagnostics; time varying load estimation; time varying speed estimation

PL

przekładnia planetarna; diagnostyka; estymacja chwilowej wartości obciążenia; estymacja chwilowej wartości prędkości

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2006
• Tom: nr 4(40)
• Strony: 7--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zimroz R.

autor

Combet F.

• Wroclaw University of Technology, Laboratory of Diagnostics and Vibroacoustics, Pl Teatralny 2, 50-051 Wroclaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Stander C. J., Heyns. W.: Schoombie Using Vibration Monitoring For Local Fault Detection on Gears Operating Under Fluctuating Load Conditions. Mechanical Systems And Signal Processing (2002) 16(6), 1005–1024.
• [2] Bonnardot F., El Badaoui M., Randall R. B, Danière J., Guillet F.: Use of the acceleration signal of a gearbox in order to perform angular resampling (with limited speed fluctuation). Mechanical Systems and Signal Processing 19 (2005), 766-785.
• [3] Baydar N., Ball A.: Detection of gear deterioration under varying load conditions by using the instantaneous power spectrum. Mechanical Systems and Signal Processing (2000) 14, 907–921.
• [4] Zhan Y., Makis Y., Jardine A. K. S.: Adaptive State Detection Of Gearboxes Under Varying Load Conditions Based On Parametric Modelling Mechanical. Systems And Signal Processing (2004).
• [5] Bartelmus W. Zimroz R.: Identification of operation factor for needs of diagnostics of planetary gearbox used in mining excavator. Diagnostyka vol.1(37),2006 (in Polish).
• [6] Randall R. B.: A new method of modelling gear faults. 1982 Journal of Mechanical Design 104, 259–267.
• [7] Bartelmus W.: Condition monitoring of open cast mining (in Polish) Published by Śląsk, Katowice 1998 str.1 – 264.
• [8] Zimroz R.: A diagnostic method of mutli-stage gear used in belt conveyor drives systems based on modelling - Phd thesis, Wroclaw University of Technology 2002 (in Polish).
• [9] Bartelmus W. Zimroz R.: Planetary gearbox vibration signal analysis for condition monitoring. COMADEM Conference, Cranfield UK 2005.
• [10] Boashash B.: Estimating and Interpreting the Instantaneous Frequency of a Signal - Part 2: Algorithms and Applications. Proceedings of the IEEE, Vol. 80, No. 4, April 1992, 540-568.
• [11] Combet F., Jaussaud P., Martin N.: Estimation of slight speed gaps between signals via thescale transform. Mechanical Systems and Signal Processing 19 (2005) 239-257.